MIEHITTÄMÄTTÖMÄT ILMA-ALUKSET TAISTELUSSA

MAANPUOLUSTUSKORKEAKOULU MIEHITTÄMÄTTÖMÄT ILMA-ALUKSET TAISTELUSSA Pro gradu -tutkielma Yliluutnantti Lauri Pitkänen Sotatieteiden maisterikurssi 7 Maasotalinja Huhtikuu 2018

MAANPUOLUSTUSKORKEAKOULU Kurssi Sotatieteiden maisterikurssi 7 Tekijä Yliluutnantti Lauri Pitkänen Tutkielman nimi Linja Maasotalinja MIEHITTÄMÄTTÖMÄT ILMA-ALUKSET TAISTELUSSA Oppiaine johon työ liittyy Sotatekniikka Aika Säilytyspaikka MPKK:n kurssikirjasto Huhtikuu 2018 Tekstisivuja 60 Liitesivuja 5 TIIVISTELMÄ Tutkielma käsittelee autonomisia piirteitä omaavia asejärjestelmiä. Tarkoituksena on selvittää, mikä on nykytila tällaisten järjestelmien käytössä sekä luoda kuva niiden hyödynnettävyydestä lähitulevaisuuden taistelukentällä. Lisäksi selvitetään, kuinka aseiden autonomisuuden astetta voidaan mitata. Tutkimus keskittyy tarkastelemaan lentävältä lavetilta toimivien autonomisia piirteitä omaavien asejärjestelmien tekniikkaa ja käyttöperiaatteita. Tutkimuskysymys on: Millaisia ovat autonomisia piirteitä omaavat taisteluilma-alukset? Alatutkimuskysymykset: 1. Miten autonomiaa voidaan luokitella ja mitata taisteluilma-aluksissa? 2. Millaisia taisteluilma-alukset ovat tekniseltä rakenteeltaan? 3. Mihin taisteluilma-aluksia käytetään nykyajan taistelukentällä? Ensimmäinen luku: Johdanto ja tausta Tutkielman johdanto ja ensimmäinen kappale muodostaa perusteet tutkielman laatimiselle sekä esittelee tutkimusmenetelmät, tutkimuksen rajaukset ja tutkimuskysymykset. Toinen luku: Autonominen asejärjestelmä Ensimmäinen tutkimuskappale tarkastelee autonomiaa asejärjestelmissä. Miten sitä voidaan määritellä/luokitella? Millainen on tyypillisen järjestelmän rakenne ja käyttöperiaate? Kappaleessa pyritään luomaan yleiskuva järjestelmän toiminnasta. Esimerkeillä ilmennetään autonomisia ominaisuuksia asejärjestelmässä. Kolmas luku: Autonomisen asejärjestelmän tekninen rakenne Osio keskittyy tarkastelemaan asejärjestelmien teknistä rakennetta. Asejärjestelmiä tarkastellaan niiden osajärjestelmien kuten sensoreiden, rungon ja taistelulatauksen avulla. Neljäs luku: Autonomisten asejärjestelmien käyttö Kolmas pääluku tarkastelee asejärjestelmien käyttöä nykyajan taistelukentällä. Lisäksi luku vastaa tutkielman pääkysymykseen SWOT-analyysin avulla. Viides luku: Tutkimustulokset ja johtopäätökset Päätöskappaleessa kootaan yhteen tutkielman tulokset ja analysoidaan niitä sekä selvitetään mahdolliset jatkotutkimusaiheet. AVAINSANAT Taisteluilma-alus, UCAV, UCAR, Autonomia, Miehittämätön ilma-alus, Lennokki, Taistelujärjestelmä

MIEHITTÄMÄTTÖMÄT ILMA-ALUKSET TAISTELUSSA 1. JOHDANTO... 1 1.1. Tutkimuksen taustaa... 2 1.2. Näkökulma ja rajaukset... 3 1.3. Tutkimusmenetelmä ja tutkimuskysymykset... 3 1.4. Keskeiset käsitteet... 5 1.5. Tutkimuksen rakenne... 6 1.6. Aikaisempi tutkimus... 7 2. AUTONOMISET ASEJÄRJESTELMÄT... 9 2.1. Autonomiset ominaisuudet asejärjestelmissä... 9 2.2. Järjestelmien kehitys... 14 2.3. Autonomisten ilma-asejärjestelmien käyttöperiaatteita... 16 2.4. Järjestelmän osat... 18 2.5. Esimerkkejä autonomisesta järjestelmästä... 19 2.5.1 IAI Harpy... 19 2.5.2 MQ-9 Reaper... 22 2.5.3. Perdix... 25 3. JÄRJESTELMÄN RAKENNE... 27 3.1. Lavetti... 27 3.2. Sensorit... 30 3.2.1 Kamerat... 32 3.2.3. Laserlaitteet... 33 3.2.4. Tutka ja tutkahakupää... 35 3.2.5. Valonvahvistin... 38 3.3. Taistelulataus... 39 3.2.1. Ontelolataus... 39 3.2.1. Sirpalelataus... 40 3.2.2. Muut vaikutusmekanismit... 42 3.2.3. Sytytin... 43 3.4. Tietokone... 45 4. TAISTELUILMA-ALUSTEN KÄYTTÖ... 47 4.1. Käyttö nykypäivänä... 47 4.2. SWOT-Analyysi... 48 4.2.1 Vahvuudet... 49 4.2.2 Heikkoudet... 50 4.2.3 Mahdollisuudet... 51 4.2.4 Uhat... 53 5. JOHTOPÄÄTÖKSET... 55 5.1. Tulosten arviointi... 55 5.2. Tieteellisen kontribuution arviointi... 59 5.3. Lähdekritiikki... 59 5.4. Jatkotutkimus... 60

1 MIEHITTÄMÄTTÖMÄT ILMA-ALUKSET TAISTELUSSA 1. JOHDANTO Elektroniikan, optiikan, robotiikan ja akkuteknologian kehityksen tuloksena kyetään rakentamaan yhä pienempiä, suorituskykyisempiä ja halvempia asejärjestelmiä. Sodankäynnin kuvan muutos ja tulevaisuus näyttää etenevän kohti pienempiä joukkoja ja teknologian laajamittaista hyödyntämistä niin joukkojen varusteissa kuin käytettävässä aseistuksessa. Halu tappioiden minimoimiseen ja teknologian hyödynnettävyys on houkutellut valtiot kehittämään asejärjestelmiä, joiden käytöllä ei vaaranneta omien joukkojen henkiä. Materiaalisen ja autonomiaan perustuvien ohjelmistojen teknologisen kehityksen myötä miehittämättömät ilma-alukset ovat saavuttaneet myös siviilimarkkinat. Ennen 2000-lukua miehittämättömät ilma-alukset olivat yksinomaan sotilasalan teknologiaa, ne olivat suurikokoisia ja kalliita sekä vaativat usein logistisilta järjestelyiltään paljon. Sotilaskäytössä olevat miehittämättömät ilma-alukset tarjoavat satelliittien ohella merkittävän resurssin tilannekuvan luontiin ja ne ovat viime vuosien aikana pystyneet kehittymään järjestelmiksi, jotka pystyvät kantamaan erilaisia hyötykuormia sekä aseita. [38] Autonomisia piirteitä omaavat järjestelmät ovat taistelukentän tulevaisuutta. Eri tasoin itsenäiseen maalin paikannukseen, tunnistukseen ja vaikuttamiseen perustuvat aseet luovat käyttäjälleen suurta etua, sillä tällöin ihmisvoimaa ei sidota vaikuttamiseen ja henkilöstö on käytettävissä muihin tehtäviin. Lisäksi teknologisen kehityksen kiihtyessä ja teknologian halventuessa itsenäisesti toimivat asejärjestelmät ovat huomattavan kustannustehokas tapa vaikuttaa kohteisiin.

2 Tutkielma käsittelee autonomisia piirteitä omaavia asejärjestelmiä. Tarkoituksena on selvittää, mikä on nykytila tällaisten asejärjestelmien käytössä sekä luoda kuva niiden hyödynnettävyydestä lähitulevaisuuden taistelukentällä. Lisäksi selvitetään, kuinka aseiden autonomisuuden astetta voidaan mitata. Tutkimus keskittyy tarkastelemaan autonomisten asejärjestelmien tekniikkaa ja käyttöperiaatteita, mutta myös lainsäädännöllisiä esteitä ja rajoitteita sivutaan. Tutkielma liittyy puolustusvoimien vuoden 2016 päätutkimusalueisiin ja sillä on tarkoitus edesauttaa muuta aihealueen tutkimusta. Vaanivat ja parveilevat asejärjestelmät ovat tekemässä tuloaan yhä vahvemmin osaksi nykyaikaista sodankäyntiä. Niiden kehittäminen on osa yleistä sodankuvan muutosta, jossa siirrytään yhä laajemmassa mittakaavassa kohti miehittämättömiä järjestelmiä, joiden käytöllä pyritään kustannustehokkuutteen ja ihmisresurssien kohdentamiseen muihin toimintoihin 1.1. Tutkimuksen taustaa Tässä tutkielmassa tarkastellaan ilmasta käsin vaikuttavia asejärjestelmiä, jotka toimivat vaanimis- tai parveiluperiaatteella sekä omaavat jonkin asteen autonomisia ominaisuuksia. Tämän tyyppisiä asejärjestelmiä käytetään vastustajan ilmapuolustuksen tilannekuvan vaikeuttamiseen, ennalta tunnistettujen uhkien tuhoamiseen sekä oman ilmaoperaation tukena vastustajan puolustuskyvyn heikentämiseen. Kummankin tyyppisten asejärjestelmien käytöllä pyritään luomaan pitkäkestoinen ilmauhka kohdealueelle omien joukkojen toiminnan helpottamiseksi. Asejärjestelmien perustana on lentävän lavetin päälle rakennettu järjestelmä, jolla on kyky suorittaa toimintoja enemmän tai vähemmän itsenäisesti tuhotakseen kohteen. Raportin osana tarkastellaan eri autonomisuuden asteita osana asejärjestelmien toimintaa. Vaanivat asejärjestelmät voidaan luokitella siten, että ne toimivat pitkäkestoisesti kohdealueella etsien sopivia maaleja ja sellaisen tunnistettuaan suorittavat vaikuttamisen. Maalin tunnistaminen ja vaikutuspäätöksen tekeminen voi tapahtua joko itsenäisesti tai operaattorin toimesta. Osa tämän kaltaisista asejärjestelmistä tuhoaa itsensä toimiessaan kohdetta vastaan. Parveilevien asejärjestelmien toimintaperiaate on hyvin samankaltainen, mutta niissä vaikuttavaan järjestelmään kuuluu useita pienempiä yksiköitä, jotka toteuttavat vaikuttamisen joko yhdessä tai erikseen kohteen luokituksen mukaisesti. Tällaisella asejärjestelmällä tilannekuvan luominen vaatii osajärjestelmien tietoisuuden toistensa sijainnista, tilannekuvasta sekä päätöksistä. Voidaan siis katsoa parveilevien asejärjestelmien hyödyntävän joukkoälyä toiminnassaan.

3 1.2. Näkökulma ja rajaukset Tutkimuksessa tarkastellaan autonomisia piirteitä omaavia asejärjestelmiä, jotka pyrkivät fyysiseen vaikutukseen taistelulatauksella. Autonomisella järjestelmällä tarkoitetaan itsenäiseen maalin tunnistukseen, -valintaan ja vaikuttamispäätöksen tekoon kykenevää järjestelmää. Tutkimus keskittyy ilmasta toimivien asejärjestelmien tarkasteluun, maalla ja vedessä toimivia järjestelmiä ei tutkielmassa käsitellä. Tavoitteena on selvittää järjestelmien teknisiä ominaisuuksia ja niiden luokittelu mykyajan taistelukentällä sekä hahmotella tulevaisuuden käyttöperiaatteita. Kyseisen tyyppisiä järjestelmiä kutsutaan tässä tutkimuksessa taisteluilmaaluksiksi (UCAV tai UCAR, Unmanned Combat Aerial Vehicle/Rotorcraft). Tutkimuksen järjestelmät toimivat siis lentävällä lavetilla, josta vaikuttaminen suoritetaan. Tutkimuksen ulkopuolelle rajataan autonomiset järjestelmät, joilla ei pyritä fyysiseen vaikuttamiseen. Järjestelmiä tarkastellaan teknisesti ja taktiikkaa käsitellään vain aseiden käyttöperiaatteiden hahmottamiseksi. Työ perustuu julkisiin lähteisiin ja täten turvaluokitustaso on julkinen. Tämä rajoittaa osittain järjestelmien tarkan numeerisen suorituskyvyn tarkastelua. 1.3. Tutkimusmenetelmä ja tutkimuskysymykset Tutkimuksessa käytetään kirjallisuustutkimusta aihepiirin perehtymiseen ja tarvittavan lähdemateriaalin etsintään. Kirjallisuustutkimuksella pyritään selventämään millaisia nykyajan ja lähitulevaisuuden autonomisia piirteitä omaavat asejärjestelmät ovat ja rajaamaan täsmällisemmin tutkittava aihealue. Kirjallisuustutkimuksella pyritään muodostamaan tutkijalle riittävä asiantuntemus ja pohjatiedot. Aikaisemmin tuotettua tietoa etsitään, analysoidaan, luokitellaan ja ylipäänsä käytetään oman työn pohjana kirjallisuustutkimuksen menetelmällä. Tyypillisesti kirjallisuusselvitys on luettava esitys työn kannalta olennaisesta asiasta. Selvityksen lähteiden tulee olla ajantasaisia ja niitä tulee olla riittävästi. Tyypillinen lähdeaineisto käsittää standardeja, käsikirjoja ja tutkimusraportteja. Muodoltaan kirjallisuusselvitys on referaatti, mutta ei suoraa tekstikopiointia. [36] s.42 Kirjallisuusselvitys on välttämätön osuus kokeellisen tai soveltavan tutkimuksen esivaiheena, jonka tuloksena tutkimuksen kysymyksenasettelu tarkentuu ja kokeelliseen vaiheeseen saadaan lähtöarvot [36]s.42. Näin on myös tässä tutkimuksessa, kirjallisuusselvityksen keinoin hankitaan tiedot tutkittavista taistelujärjestelmistä.

4 Nelikenttäanalyysi (SWOT) on yksinkertainen ja yleisesti käytetty tarkasteltavan kohteen analysointimenetelmä. Analyysin avulla voidaan selvittää tarkasteltavan kohteen vahvuudet ja heikkoudet sekä tulevaisuuden mahdollisuudet ja uhat. Nelikenttäruudukon avulla pystytään vaivattomasti arvioimaan kriittisesti tarkasteltavan kohteen ominaisuuksia [32]. Tarkasteltavan kohteen toimintaa voidaan arvioida monin eri tavoin. Keskeistä on aina selvittää sekä kohteen nykytila että sen tulevaisuuteen vaikuttavat asiat [32]. SWOT -analyysi on yksinkertainen tapa ryhmitellä kohteen toimintaan vaikuttavia lukuisia tekijöitä havainnolliseen nelikenttämuotoon. Kuva 1: SWOT-nelikenttä [32] Nelikenttäanalyysi sisältää sekä kohteen vahvuuksien ja heikkouksien (nykytilanteen) että sen uhkien ja mahdollisuuksien (tulevaisuuden) analysoinnin. Yrityksen vahvuudet ovat niitä toimenpiteitä tai resursseja, joita kohde pystyy hyödyntämään. Heikkoudet puolestaan ovat tekijöitä, joita kohteen täytyy parantaa pystyäkseen toimimaan tehokkaasti [32]. Mahdollisimman tehokas toiminta on mahdollista kun kohteen tulevaa toimintaa koskevat uhat ja niiden torjumiseen käytössä olevat mahdollisuudet tunnistetaan. Nelikenttäanalyysiä käytetään tässä tutkielmassa tarkastelemaan taisteluilma-alusten käytön mahdollisuuksia ja ulottuvuuksia nyt ja lähitulevaisuudessa. Analyysillä pyritään havainnollistamaan järjestelmien nykytilaa ja niiden käyttö osana nykyaikaista taistelua. Analyysi pyrkii vastaamaan tutkielman päätutkimuskysymykseen.

5 Päätutkimuskysymys: Millaisia ovat autonomisia piirteitä omaavat taisteluilma-alukset? Alatutkimuskysymykset: 1. Miten autonomiaa voidaan luokitella ja mitata taisteluilma-aluksissa? 2. Millaisia taisteluilma-alukset ovat tekniseltä rakenteeltaan? 3. Mihin taisteluilma-aluksia käytetään nykyajan taistelukentällä? 1.4. Keskeiset käsitteet ARM (Anti-Radiation Missile) Tutkasäteilyyn hakeutuva ohjus Autonomia on järjestelmän kyky havainnoida ympäristöään ja tehdä sen pohjalta itsenäisiä ratkaisuja toiminnastaan. Voidaan mitata eri asteikoilla. CCD on valoherkkä kenno, joita käytetään muiden muassa video- ja digitaalikameroissa, kuvanlukijoissa ja kaukoputkissa valon tai infrapunasäteilyn muuntamiseen digitaaliseksi signaaliksi. DEW (Direct Energy Weapon) on ase, joka kohdistaa energiavirran johonkin suuntaan eri tavoin kuin ammuksena. Se siirtää energiaa kohteeseen halutulla tavalla. Fly-by-wire on ohjausjärjestelmä, jossa käskyt ohjaimelta ohjattavalle laitteelle välittyvät sähköisesti ilman suoraa mekaanista tai hydraulista yhteyttä. Hunter/killer on nimitys Yhdysvaltain ilmavoimien ja aseteollisuuden projektille, jossa kehitetään taisteluilma-aluksia. ISR (Intelligence, Surveillance and Reconnaissance) Tiedustelu, tarkkailu ja valvonta LGB (Laser Guided Bomb) Laserohjattu pommi Man-in-the-loop tarkoittaa järjestelmää, jossa ihminen on viime kädessä vastuussa päätöksistä ja kykenee keskeyttämään myös järjestelmän itsensä suorittaman toiminnon. Parveileva asejärjestelmä on useista pienemmistä osajärjestelmistä koostuva asejärjestelmä, joka kykenee iskuihin kootusti tai hajautetusti usealta suunnalta.

6 PPI (Plan Position Indicator) on tutkan näyttötyyppi, jossa tutka sijoittuu keskelle ja sitä ympäröivää kehää kiertää antennin pyörimisen suuntaisesti säde joka maalaa havaitut kohteet näytölle. SAR-tutka (Syntethic Aperture Radar) Suuren laskennallisen läpimitan tutka. Taistelulataus on järjestelmän osa, joka suorittaa vaikuttamisen kohteeseen UCAV (Unmanned Combat Aerial Vehicle) Miehittämätön taistelukäyttöön tarkoitettu taisteluilma-alus. Kiinteäsiipinen UCAR (Unmanned Combat Aerial Rotorcraft) Miehittämätön taistelukäyttöön tarkoitettu taisteluilma-alus. Pyöriväsiipinen UAV (Unmanned Aerial Vehicle) Miehittämätön ilma-alus Vaaniva asejärjestelmä on toiminta-alueellaan pitkäkestoisen uhan luova järjestelmä, joka iskee tunnistetun kohteen kimppuun sen tunnistettuaan ja luokiteltuaan. Vaikuttaminen on suunnitelmallista vaikutusten tuottamista tavoitteiden ja päämäärien saavuttamiseksi. Suoralla vaikuttamisella tarkoitetaan toimintaa, jolla on välittömiä ja yleensä fyysisiä, helposti tunnistettavia seurauksia, kuten kohteen tuhoutuminen tulenkäytön seurauksena 1.5. Tutkimuksen rakenne Tutkielma sisältää johdannon, kolme tutkimuskappaletta sekä johtopäätökset. Ensimmäinen osa: Johdanto ja tausta Tutkielman johdanto ja ensimmäinen kappale muodostaa perusteet tutkielman laatimiselle sekä esittelee tutkimusmenetelmät, tutkimuksen rajaukset ja tutkimuskysymykset. Toinen osa: Autonominen asejärjestelmä Ensimmäinen tutkimuskappale tarkastelee autonomiaa asejärjestelmissä. Miten sitä voidaan määritellä/luokitella, Millainen on tyypillisen järjestelmän rakenne ja käyttöperiaate? Kappaleessa pyritään luomaan yleiskuva järjestelmän toiminnasta. Esimerkeillä ilmennetään autonomisia ominaisuuksia asejärjestelmässä.

7 Kolmas osa: Autonomisen asejärjestelmän tekninen rakenne Osio keskittyy tarkastelemaan asejärjestelmien teknistä rakennetta. Asejärjestelmiä tarkastellaan niiden osajärjestelmien kuten sensoreiden, rungon ja taistelulatauksen avulla. Neljäs osa: Autonomisten asejärjestelmien käyttö Kolmas pääluku tarkastelee asejärjestelmien käyttöä nykyajan taistelukentällä. Lisäksi luku vastaa tutkielman pääkysymykseen SWOT-analyysin avulla. Viides osa: Tutkimustulokset ja johtopäätökset Päätöskappaleessa kootaan yhteen tutkielman tulokset ja analysoidaan niitä sekä selvitetään mahdolliset jatkotutkimusaiheet. 1.6. Aikaisempi tutkimus Aihepiiriä on tutkittu aiemmin jonkin verran, mutta nykypäivänä se on yksi eniten pinnalla olevista tutkimusaiheista. Tämän johdosta miehittämättömien alusten ja lennokkien tutkimus onkin yksi puolustusvoimien kärkitutkimusalueista. Osa tutkimuksista sisältää hyvää tietoa, mutta useimpien tulokset ovat koonnoksia yleisten lähteiden tarjoamasta tiedosta. - Miehittämättömät ilma-alukset, niiden kehitys sekä käyttö viimeaikaisissa sodissa (Jari Kananen, Pro Gradu tutkielma, MPKK 2007) - Miehittämättömän taisteluilma-aluksen maataistelukyky (Lauri Laitinen, Kandidaatin tutkielma, MPKK 2013) - Tulenjohtotehtävän suorittaminen ja edellytykset Rangerlentotiedusteluyksiköllä (TLL IV) (Janne Keskinen, Pro Gradu tutkielma, MPKK 2008) - Aseistettujen UAV:den käyttö Afganistanin sodassa (Olli Selander, Kandidaatin tutkielma, MPKK 2012) - Miehittämätön taisteluilma-alus UCAV, teknologiakatsaus (Sami Puuperä, EUK-tutkielma, MPKK 2009) - UAV-järjestelmät taistelualuksessa näkökulmana Laivue 2020 (Patrik Hämäläinen, YEK-diplomityö, 2017)

8 - Study on Armed Unmanned Aerial Vehicles (United Nations Publication, 2015) Kirjallista aineistoa aihepiiristä on tuotettu todella paljon. Materiaalia lukiessa täytyy kuitenkin olla varovainen tiedon luotettavuuden suhteen, sillä monet artikkelit käsittelevät tämän tyyppisten asejärjestelmien käyttöä varsin tunnepohjaisesti ja ideologisesti lähestyen. Tekniseltä kannalta tarkasteltuna on vaikea julkisesti löytää tutkimuksia, joiden tarjoamaa tietoa voisi pitää eksaktina eikä suuntaa-antavana. Löydetyistä lähteistä useimmat käsittelevät aseistamattomia lennokeita. Niiden tietoa voidaan hyödyntää osana tutkielman laatimista mutta suoria johtopäätöksiä aseistetun ja aseistamattoman lennokin välillä ei voi tehdä jo suuremman hyötykuorman johdosta. Kirjallisuus antaa kuitenkin hyvän yleiskuvan aihealueesta ja erinäisten tietokantojen sekä internetin avulla yleistietoja kykenee osittain tarkentamaan.

9 2. AUTONOMISET ASEJÄRJESTELMÄT 2.1. Autonomiset ominaisuudet asejärjestelmissä Autonomialla tarkoitetaan laitteita tarkasteltaessa niiden kykyä sopeutua ympäristöönsä ja sen muuttuviin tekijöihin, ympäristön havainnointikykyä ja itsenäistä päätöksentekokykyä erilaisissa tilanteissa. Tutkielmassa esimerkkeinä käsiteltävät asejärjestelmät omaavat jonkinlaisen tason autonomian, mutta täydellisen autonomista järjestelmää ei tiettävästi ole vielä kyetty kehittämään. Korkeamman tason autonomiaa tarvitaan järjestelmissä, jotka toteuttavat aikakriittisiä tehtäviä ja tilanteissa, joissa on vaara menettää yhteys maanpäälliseen datalinkkiasemaan [29] s.384. Aluksen autonomisuuden tason kasvaessa tiedonsiirron kapasiteettitarve aluksen ja operaattorin välillä vähenee. Kuitenkin korkeamman autonomian järjestelmät kommunikoivat toistensa kanssa, jotta ne kykenevät muodostamaan yhteisen tilannekuvan. Radiotaajuinen tiedonsiirto on säilynyt merkittävimpänä tiedonsiirtomenetelmänä kohteiden välillä [29] s 384. Autonomista järjestelmää ei tule sekoittaa automaattiseen järjestelmään, jolla ei ole oppimisja sopeutumiskykyä. Autonomiset järjestelmät ovat kehittyneet viime vuosikymmeninä, mutta kaiken päätöksenteon laskeminen koneen varaan etenkin tilanteissa, joissa saatetaan tappaa ihmisiä on herättänyt keskustelua tällaisten asejärjestelmien käytön oikeutuksesta. Koneiden ja laitteiden autonomian eri tasoja voidaan luokitella monin eri perustein, sotilaskäytössä olevista miehittämättömistä järjestelmistä on yksi yleisesti käytetty luokittelumenetelmä kymmenportainen Yhdysvaltain ilmavoimien tutkimuskeskuksen laatima asteikko:

10 TASO TASON KUVAUS TILANNETIETO PÄÄTÖKSENTEKO KOMMUNIKAATIO 10 Täysin autonominen Reealiaikainen tilannetieto ja ympäristön seuranta Täysin itsenäistä Reaaliaikainen kommunikointi ja yhteistoiminta muiden toimijoiden kanssa 9 Usean laitteen taktiikan Muiden ilmatilan kohtei- Täysi kyky itsenäisyyteen ja Yhteinen toiminta muiden mukaisen suorituskyvyn den havainnointi ja seu- optimointiin muiden alusten alusten kanssa. optimointi ranta kanssa 8 Usean laitteen tehtävän Lähi-ilmatilan havain- Jatkuva toiminnan kehittämi- Rajoitettu yhteistyö muiden mukaisen suorituskyvyn nointi ja seuranta nen tehtävän ja olosuhteiden alusten kanssa. optimointi mukaan 7 Reaaliaikainen yksiköiden Lähi-ilmatilan havain- Jatkuva lentosuunnitelman Törmäyksen esto. Hierarkki- yhteistoiminta nointi kehittäminen tehtävän ja nen yhteistyö. Useiden uhkien havain- sääolosuhteiden mukaan nointi 6 Reaaliaikainen yksiköiden Lähi-ilmatilan havain- Lentosuunnitelman muutta- Törmäyksen esto koordinaatio nointi minen olosuhteiden mukaan Tieto muista ulkopuolelta Yksittäisten uhkien havainnointi 5 Tapahtumiin/virheisiin Rajoitettu ympäristötietoi- Kykenee mukautumaan Lentoratojen määrittäminen. mukautuva laite suus täydennettynä ulko- yleisimpiin vikoihin ja muu- puolelta annetulla datalla toksiin 4 Karkea kyky vastata enna- Uhkavaroitus Liiallisten vaikeuksien tun- Asennettujen lentoratojen koituihin tapahtumiin nistus ja päätöksen muutta- mukailu minen 3 Pieni kyky vastata ympäris- Ongelman lähde. Paluusuunnitelma lähtöpis- tön tapahtumiin Rajoitettu optimoitu toiminta teeseen Oman tilan tietoisuus 2 Esiohjelmoidut vaihtoehtoi- Ongelman tunnistus. Toimin- Operaattorin käskyjen set toimintamallit ta ohjelmoidun mukaan noudattaminen 1 Suunnitelmallisen tehtävän keskeytys Lennonohjaus, navigaatio Esiohjelmoitu Rajoittunutta välillä operaattori - alus 0 Kauko-ohjattu laite Asento yms sensorit, mahdollinen kamera Ei ole Kauko-ohjain Taulukko 1: Autonomian tasot USAFRL:n luokituksen mukaan [5]

11 Yhdysvaltain ilmavoimien luokittelu jakaa siis autonomisuuden kolmeen keskeisimpään osaalueeseen: laitteen tilannetietoisuuteen, analysointi/päätöksentekokykyyn ja kommunikointiin ja yhteistoimintaan muiden omien toimijoiden kanssa. Luokittelun mukaisesti nämä ominaisuudet laitteessa kasvavat mitä korkeamman autonomisen tason laite on kysymyksessä. Tilannetieto tarkoittaa järjestelmän kykyä selvittää omaa ja ympäristönsä tilaa. Järjestelmän tilannetietoisuus on mahdollista luoda erilaisilla sensoreilla ja kommunikaatiolla muiden järjestelmien kanssa. Korkean tason laitteet kykenevät havainnoimaan omat ja vihollisen järjestelmät ilmatilassa ja tasojen laskiessa alemmilla tasoilla tilannetietoisuus on lähinnä uhkavaroitin. Yksinkertaisimmillaan järjestelmän tilannetieto on lähinnä operaattorin välittämiä käskyjä, joita laite tyhmästi tottelee. Yksinkertaisimmillaan tällainen laite on esimerkiksi lasten kauko-ohjattava lennokki. Päätöksenteko/analysointi mahdollistaa järjestelmän oman tilansa seuraamisen ja muutosten tekemisen toiminnassaan. On kyse sitten asejärjestelmillä vaikuttamisesta, lentoreitin muuttamisesta, tehtävän keskeyttämisestä tai useiden yksittäisten järjestelmien käytöstä yksittäistä kohdetta vastaan, korkeammalla hierarkian tasolla kone tekee päätökset yhä suuremmassa määrin itsenäisesti. Asejärjestelmien autonomia erityisesti tappavaa voimaa käytettäessä on ollut yleisesti kritisoinnin kohteena keskustelussa aseteknologian tulevaisuudesta. Kommunikointi ja yhteistyö muiden järjestelmien välillä mahdollistaa esimerkiksi parveilevien aseiden joukkoälyn yhteisen tilannekuvan ja toimivan tiedonsiirron johdosta. Korkean hierarkian laitteet kykenevät välittämään sekä vastaanottamaan dataa muilta toimijoilta ja täten muodostamaan tilannekuvansa laajemmalta kuin pelkästään omalta toimialueeltaan. Alhaisilla hierarkian tasoilla kommunikointi alkaa rajautua ennalta ohjelmoituihin reittimuutoksiin ja törmäyksien estoon ja yksinkertaisimmillaan se on vain operaattorin antamia komentoja alukselle.

12 Kuva 2: Autonomian taso ja tietokoneen sekä operaattorin päätöksenteko [44] Järjestelmien autonomisuus voidaan siten määritellä niiden kyvyksi analysoida vallitsevia olosuhteita ja ympäristöä, kommunikaatiokyvyksi muiden järjestelmien kanssa ja kyvyksi tehdä niiden pohjalta päätöksiä seuraavasta toiminnastaan. Laitteiden autonomian tason kasvaessa operaattorin merkitys pienenee ja laitteiden oman tietokoneen vastaavasti kasvaa. Asejärjestelmän autonominen taso määräytyy pitkälti sen käyttöperiaatteen mukaan, vaikuttamiseen pyrkivillä taistelujärjestelmillä pyritään yleensä pitämään operaattori viimeisenä päätöksentekijänä (man-in-the-loop) mahdollisimman usein. Toinen luokittelumenetelmä järjestelmän autonomisuudelle on Society of Automotive Engineers (SAE) järjestön standardoitu kuusiportainen luokitusjärjestelmä [15]. Järjestelmän luokkia käytetään pääasiassa itseohjaavien autojen kehityksen apuna, mutta sitä voidaan verrata asejärjestelmien itsenäisyyttä mittaavaan Yhdysvaltain ilmavoimien luokitukseen yhtäläisyyksien tai erojen tunnistamiseksi. Luokitus kattaa ajoneuvojen ominaisuudet täysin kontrolloitavasta täysin autonomiseen ajojärjestelmään. Luokituksen mukaan ajoneuvot voidaan jakaa seuraaviin kuuteen luokkaan niiden sisältämien autonomisten ominaisuuksien perusteella [15]:

13 Taso 0: Kuljettaja on vastuussa kaikista ajamiseen ja laitteiden käyttöön liittyvistä päätöksistä. Ajoneuvolla ei ole minkäänlaista kykyä eikä mahdollisuutta tehdä päätöksiä ajamisen suhteen. Ainoa keino jolla järjestelmä voi vaikuttaa kuljettajan päätöksiin ovat huomautukset (varoitusvalot yms). Taso 1: Lähes kaikki ajamiseen liittyvät päätökset ovat ajoneuvon kuljettajan käsissä. Ajamista helpottamassa voi kuitenkin olla erinäisiä järjestelmiä, jotka helpottavat kuljettajan työskentelyä tai suorittavat jopa pieniä itsenäisiä toimenpiteitä ajoneuvon liikuttelussa. Tällaisia järjestelmiä voivat olla esimerkiksi vakionopeudensäädin, kaistantunnistin tai automaattinen hätäjarrutus. Taso 2: Tämän tason ajoneuvot erottuvat tasosta 1 sillä, että kaksi tai useampi ohjaamiseen liittyvää järjestelmää kykenevät toimimaan yhteistyössä. Standardin mukaan tällä mahdollistetaan kuljettajan hetkellinen mahdollisuus ottaa jalat pois polkimilta ja kädet ratilta. Kuljettajalla on kuitenkin minä hyvänsä hetkensä valmius ottaa ajoneuvo hallintaansa. Tämän tason ajoneuvoissa esimerkiksi vakionopeudensäädin ja etäisyyden valvonta edellä ajavaan voivat toimia yhdistettyinä. Myös automaattisesti taskuparkin tekevä auto voidaan luokitella tähän kategoriaan. Taso 3: Kuljettaja on yhä osallinen ajoneuvon liikkumisen määrittelyyn, mutta voi halutessaan siirtää kriittisten turvajärjestelmien hallinnan ajoneuvolle tietyissä liikenne- ja sääolosuhteissa. Vaikeat olosuhteet ovat kuljettajan vastuulla. Ero edelliseen kategoriaan on kuljettajan mahdollisuus siirtää hallinta ajoneuvolle pidemmiksi ajoiksi ja useammissa tilanteissa kuin aiemmin. Taso 4: Ajoneuvo kykenee suorittamaan itsenäisiä ajotehtäviä kahden kohteen välillä, ilman kuljettajan puuttumista sen hallintalaitteisiin. Se kykenee havainnoimaan ympäristöään tarvittavilta osin ja tekemään ajoon liittyvät päätökset sen mukaisesti. Järjestelmä ei kuitenkaan osaa ennustaa odottamattomia tilanteita eli kuljettajan väliintulo on vielä mahdollista tarvittaessa. Taso 5: Täysin autonominen ajoneuvo, joka suorittaa ajotehtävän kuljettajasta riippumatta tehden itsenäisesti kaikki päätökset, jotka vaikuttavat sen liikkumiseen. Verrattavissa ihmiseen kuljettajana eli huomioi ja ennakoi tilanteita, oppii ajaessaan ja sopeutuu erilaisiin ajoympäristöihin (kuiva, märkä, lumi, yms).

14 Luokitusjärjestelmään voidaan vertailla Yhdysvaltain ilmavoimien kategorioihin operaattorin/kuljettajan osallisuudessa käytettävän järjestelmän ominaisuuksien hallintaan. Järjestelmän autonomisuuden tasoa määriteltäessä on kuitenkin huomioitava taistelujärjestelmien mahdollisesti tappavaa voimaa käyttävät laitteet, joissa asejärjestelmän ja lavetin liikkumisen välinen autonomian taso voi olla huomattavan suuri. Tämä johtuu yleisestä tahtotilasta pitää tappavaa voimaa käyttävien aseiden hallinta mahdollisimman pitkälle ihmisen käsissä. Samoin autoteollisuudessa on käyty keskustelua miten itsenäinen ajoneuvo tulisi ohjelmoida, esimerkiksi tilanteessa jossa vaihtoehdot ovat ajaa joko ihmisen päälle tai alas sillalta. 2.2. Järjestelmien kehitys Autonomisista asejärjestelmistä suuremman yleisöön tietoisuuteen levinneistä ensimmäisiä olivat tutkaan hakeutuvat lennokkiohjukset ja miehittämättömät lennokit. Esimerkki tällaisesta järjestelmästä on israelilainen Harpy, joka on tutkahakupäällä varustettu lennokki jossa maalin tunnistus ja vaikuttamispäätös on täysin automaattinen. Harpy sisältää taistelulatauksen, jonka se räjäyttää optimoidulla korkeudella tutkaherätteen aiheuttavista antenneista tuhoten kohteen ja itsensä [8]. Harpyn uudempi kehitysversio Harop sisältää myös elektro-optisen hakupään ja mahdollisuuden operaattorin suorittamalle aseen ohjaukselle ja vaikuttamiselle[16]. Ensimmäisten tutkaan hakeutuvien asejärjestelmien heikkoutuna on ollut maalin löytämisen vaikeus tutkien ollessa sammutettuna ja trendi näyttäisikin suuntavan useamman sensorin käyttöä asejärjestelmässä [20]. Toinen yleisesti tunnettu vaaniva asejärjestelmä on yhdysvaltalainen RQ-1A/B Predator on suurikokoisen sotilaallisen lennokin, sen ohjauksen ja satelliittitietoliikenteen sekä sen keräämän tiedon ja asejärjestelmien käytön muodostama järjestelmä. Predator-yksikkö sisältää neljä Predator-lennokkia ja hallintajärjestelmän (GCS, Ground Control Systems) ja Predator Primary Satellite Link (PPSL)-järjestelmän. Neljän lennokin operointi vaatii 55 henkilöä. Operaatiot kestävät jopa 24 tuntia [39]. Kone välittää operaattorille tilannekuvaa tv- (päivällä) tai infrapunakameralla (yöllä). Operaattori tekee päätökset vaikuttamisesta. Hyötykuormaa lennokki voi kantaa n. 500 kiloa, jona yleisesti käytetään AGM Hellfire ohjuksia. Predatorin kehitysversio MQ-9 Reaper esitellään tarkemmin myöhemmässä luvussa esimerkkinä nykyaikaisesta taisteluilma-aluksesta.

15 Parveileva asejärjestelmä voi koostua esimerkiksi suuresta määrästä eri autonomisuuden asteilla operoivista lennokeista. Lennokkiparvi voi koostua eritasoisista lennokeista, joista yksi on niin sanottu master-lennokki ja loput ovat slave-lennokkeja. Master-lennokki on muita lennokkeja älykkäämpi, ja sen tehtävä on koordinoida ja käskyttää slave-lennokkeja. Nämä ovat älykkyydeltään eritasoisia ja ne ovat suunniteltu toimimaan eri tehtävissä. Osaan lennokeista voidaan asentaa esimerkiksi laserosoittimia, jolla ne kuormittavat taistelupanssarivaunun omasuojajärjestelmää. Samalla ne voivat liikkua ennalta ohjelmoituja välietappeja pitkin, joissa ne osoittavat vaunua ennalta määrätyn ajan. Osa slave-lennokeista on varustettu räjähteellä ja niiden tehtävä on hyvin yksikertainen eli lentää master-lennokin käskemää vaunua päin. Nämä lennokit ovat kaikkein halvimpia ja tyhmimpiä, eli niille annettavat tehtävät ovat joko seuraa master-lennokkia tai lennä käskettyyn pisteeseen, jossa tuhottava kohde on. Slave-lennokeiden taistelulataus voi olla esimerkiksi ontelolataukseen tai räjähtämällä muovautuvaan ammukseen perustuva, jolloin lennokin ei tarvitse lentää täsmälleen oikealla korkeudella. Räjähde voidaan räjäyttää myös radiosignaalilla, mutta tätä on kuitenkin suhteellisen helppo häiritä. Master-lennokin autonomisuuden asteen perusteella se suorittaa vaikuttamispäätöksen itsenäisesti tai operaattorin valtuuttamana. Kuva 3: Esimerkki näkymästä parven operaattorille [20]

16 2.3. Autonomisten ilma-asejärjestelmien käyttöperiaatteita Käytettävän asejärjestelmän valinta perustuu muodostettuun uhkakuvaan ja haluttuun loppuasetelmaan. Yhteistä asejärjestelmien käytölle on pitkäaikaisen ilmauhkan luominen kohdealueelle. Vaanivia asejärjestelmiä käytetään tyypillisesti isompia ja suojatumpia kohteita vastaan ja parveilevat asejärjestelmät soveltuvat käytettäviksi kevyempiin kohteisiin. Asejärjestelmät laukaistaan ilmaan ja ne toimivat kohdealueella pitkäaikaisesti etsien tuhottavia kohteita. Mikäli vaikuttamista ei tehtävän aikana toteuteta, palaa järjestelmä lähtöalueelleen, jossa se voidaan täydentää uutta tehtävää varten. Asejärjestelmän toiminta voidaan jakaa useaan vaiheeseen, jotka alkavat kohteen hakemisesta aina vaikuttamisen jälkeiseen jälkitiedusteluun. Yleisesti nimettyjä vaiheita ovat havaitseminen, paikantaminen, tunnistaminen, yksilöinti ja vaikuttaminen. Järjestelmän autonomisuuden tasosta nämä tapahtuvat joko itsenäisesti tai järjestelmää kontrolloivan operaattorin toimesta. Järjestelmän eri osa-alueiden (lento, paikannus, asejärjestelmien käyttö yms) itsenäisellä toimintakyvyllä voi olla myös suuria eroavaisuuksia, sillä erityisesti asejärjestelmien käyttö on haluttu pitää järjestelmän operaattorin hallussa.

17 Kuva 4: Taisteluilma-aluksen järjestelmän toiminta vuokaaviona Asejärjestelmän havaitessa kohteen, se tunnistetaan joko järjestelmän tietokoneen tai operaattorin toimesta. Mikäli tunnistaminen tapahtuu automaattisesti, kohdetta verrataan tietokoneen sisältämään uhka/maalikirjastoon ja kohde priorisoidaan. Mikäli kohde on riittävän arvokas, suorittaa järjestelmä vaikuttamisen. Mikäli asejärjestelmän autonomian taso ei mahdollista itsenäistä maalin tunnistamista ja vaikuttamista siihen, tekee asejärjestelmää operoiva henkilö nämä päätökset ja antaa käskyt järjestelmälle. Vaikuttamisen jälkeen asejärjestelmä on joko tuhonnut itsensä (itsensä uhraavat järjestelmät), jatkaa partiointia ja uusien uhkien etsimistä tai palaa lähtöalueelle täydennettäväksi uuteen tehtävään. Parveilevien ja vaanivien asejärjestelmien suurin hyöty on niiden kustannustehokkuudessa sekä henkilöstötappioiden vähentämisessä mahdollisen operaattorin toimiessa poissa välittömän uhan alta. Ilma-alusten ollessa miehittämättömiä, myös pitkään koulutetun lentohenkilöstön tarve vähenee ja resursseja voidaan suunnata muihin kohteisiin.

18 2.4. Järjestelmän osat Autonomisia piirteitä omaavien asejärjestelmien perusperiaatteena on toiminta ennalta selkeästi määriteltyä uhkaa vastaan. Tällainen voi olla esimerkiksi vihollisen ilmavalvontatutka, etulinjan joukkojen välitön tulituki tai vaikeasti lähestyttävät kohteet. Järjestelmien alustana toimii miehittämätön ilma-alus, joihin muut osajärjestelmät on integroitu. Muut keskeisimmät osajärjestelmät ovat: - Sensorit (maalin seuranta, paikannus, ja tunnistus) - Tietokone - Viestivälineet (kommunikointi operaattorin kanssa) - Taistelulataus/asejärjestelmät kohteen tuhoamiseen - Moottori Järjestelmien alustana toimivan ilma-aluksen koko vaihtelee käyttötarkoituksen ja tarvittavan hyötykuorman mukaan. Pieniin kohteisiin vaikuttavat parveilevat asejärjestelmät voivat koostua jopa pienistä kaupallisista lennokeista, kun taas suojattuja kohteita vastaan raskailla aseilla vaikuttavat järjestelmät voivat hyvinkin olla normaalin hävittäjän kokoluokkaa. Yhteistä kummankin tyyppisille järjestelmille on alustan miehittämättömyys. Tämä merkitsee lennonohjauksen olevan joko automaattista tai maasta toimivan operaattorin suorittamaa. Sensoreina toimivat erilaiset hakupäät ja kamerat. Niiden tarkoituksena on etsiä kohdealueelta kohteita, joita vastaan vaikuttaminen voidaan toteuttaa. Hakupää voi olla tutkaan hakeutuva, jolloin se tunnistaa kohteen lähettämän signaalin maalikirjastonsa perusteella. Toinen vaihtoehto on elektro-optinen sensori, jolloin maalin tunnistus perustuu sen muodon kontrastiin taustastaan. Tällaista sensoria käytettäessä tehdään yleensä vaikuttamistapäätös operaattorin toimesta kohteen oikean luokan varmentamiseksi. Asejärjestelmissä voidaan operaattorille välittää kohdealueen tilannekuvaa myös tv-, infrapuna- tai lämpökameran kuvana. Asejärjestelmän toimiessa vain kameran varassa maalin tunnistaminen ja vaikuttaminen tapahtuu aina operaattorin toimesta.

19 Vaikuttavana osana asejärjestelmissä on joko alustan itsensä sisältämä taistelulataus (itsensä uhraavat järjestelmät) tai erilliset aseet, joilla vaikuttaminen suoritetaan. Vaikuttava osa voidaan valita käyttökohteen mukaisesti. Esimerkiksi yksittäistä ihmistä vastaan vaikutettaessa riittää vaikuttavaksi lataukseksi hyvin pieni määrä räjähdettä kiinnitettynä lavettiin, kun taas vaikutettaessa raskaasti panssaroituihin kohteisiin (esimerkiksi taistelupanssarivaunut) tarvitaan erityisiä latauksia kuten panssarintorjuntaohjuksia. Taistelulatauksen vaikutus voi perustua paineen, sirpaloitumisen tai ontelopanoksen vaikutukseen tai näiden yhteisvaikutukseen. 2.5. Esimerkkejä autonomisesta järjestelmästä Tämä alaluku tarkastelee esimerkkejä autonomisia ominaisuuksia sisältävistä järjestelmistä kolmen esimerkin kautta. Tarkasteltavat kohteet ovat valittu niiden toimintatavan ja autonomisuuden asteen perusteella. Harpy ja Perdix edustavat korkean tason autonomiaa, mutta niiden kyky vaikuttaa aseellisesti on rajattu hyvin tiukkaan (Perdixillä ei julkisten lähteiden mukaan ole). Reaper taas edustaa todella tulivoimaista järjestelmää, joka pidetään kuitenkin tiukasti ihmisen kontrollissa, pois lukien mahdolliset itsenäiset lentotehtävät. 2.5.1 IAI Harpy IAI Harpy on israelilainen asejärjestelmä, joka on suunniteltu toimimaan tutkajärjestelmiä vastaan. Se koostuu lennokin päälle rakennetusta kokonaisuudesta, joka käsittää maalin hakuun ja tunnistukseen käytettävät sensorit, tietokoneen joka analysoi kohteen ja tekee päätöksen vaikuttamisesta sekä taistelulatauksesta, jolla kohde pyritään tuhoamaan. Järjestelmän alustana toimii pienikokoinen lennokki, joka on suunniteltu toistuvasti käytettäväksi, mikäli yhdellä partioinnilla ei tuhoamistehtäviä suoriteta. Iskiessään kohteeseensa myös alusta tuhoutuu. Lennokki liitelee ohjelmoidulla partiointialueella saamansa reitin mukaisesti ja palaa laukaisupaikalleen toiminta-ajan päättyessä, mikäli parametrit täyttäviä kohteita ei ole löytynyt. Lennokin ohjaus on täysin autonomista. Asejärjestelmän sensorina toimii passiivinen tutkahakupää. Se etsii ja lukkiutuu kohdetutkan pääkeilaan ja mahdollisuuksien mukaan myös sivukeilojen säteilyyn. Sen tulisi kyetä lukittautumaan myös tutkan sivukeilaan, koska jos se ei kykene ilmaisemaan kuin pääkeilan, sen hakeutumiseen tarvittava lähete ei ole voimassa kuin silloin, kun tutkan antenni osoittaa suoraan sitä kohti. [18] Ohjuksen herkkyys on laajakaistaisessa etsintätilassa (kun tutkan lähetystaajuutta ei tunneta, vaan järjestelmä etsii sitä) noin 60dBm [18]. Hakupäällä pyritään löytämään ja tunnistamaan halutut kohteet.

20 Vaikuttavana osana on 16 kilon taistelulataus korkeanopeuksista räjähdysainetta [17], joka todennäköisesti on ympäröity sirpaloituvalla kuorella. Räjähdyksen paine ja muodostuvat sirpaleet tuhoavat yhteisvaikutuksella kohteen tutkajärjestelmän antennit ja suojauksesta riippuen myös koko kohteen. Taistelulataus räjäytetään herätesytyttimellä ja räjäytyskorkeus on optimoitu maksimaalisen tuhon aiheuttamiseksi antenneille. Pituus 2,7 m Leveys 2,1 m Moottori 1 UEL AR731 (27,4 hv), 2-lapainen potkuri Nopeus (max) 185 km/h Kantama 300 km Taistelulataus 16 kg taistelukärki Paino 125 kg Taulukko 2: IAI Harpyn perustiedot Harpy on niin kutsuttu vaaniva asejärjestelmä, jonka tyypillisin käyttöperiaate on vastustajan ilmapuolustuksen lamauttaminen osana omien joukkojen suorittamaa ilmaoperaatiota. Asejärjestelmän tehokkuus perustuu vastustajan ilmatilannekuvan muodostamisen vaikeuttamiseen ja tulenkäytön estämiseen. Se laukaistaan alustalta partioimaan kohdealueella ja etsimään tutkajärjestelmiä, jotka saattaisivat aiheuttaa uhan omia joukkoja vastaan. Kun lennokki havaitsee päälle kytketyn tutkan, se vertaa tutkan signaalia maalikirjastossaan oleviin tietoihin ja priorisoi maalin. Mikäli maali saa riittävän korkean arvion, lennokki syöksyy sitä kohti lähes pystysuoraan räjäyttäen itsensä maalin yläpuolella maksimoiden näin tutkan antenneihin kohdistuvan vahingon. Jos kohdetutka sammuttaa lähettimensä eikä lennokki löydä sitä, Harpy palaa partioimaan ilmatilaan. [20] Harpy on täysin autonominen asejärjestelmä, jossa kaikki toiminnot ja päätökset laukaisun jälkeen tapahtuvat koneen itsensä tekeminä. Laite ei saa ohjauskomentoja operaattorilta, vaan maalien hakeminen, tunnistus ja vaikuttamispäätöksen tekeminen tapahtuu järjestelmän parametrien mukaisesti. Tämä mahdollistaa kustannustehokkaan ja pitkäkestoisen toiminnan operaatioalueella, eikä sido henkilöstöresursseja päivystys- tai vastaaviin tehtäviin.

21 Kuva 5: IAI Harpy [2] Harpy on asejärjestelmänä suunniteltu toimimaan tilanteessa, jossa sen käyttäjällä on todennäköisesti ilmaherruus ja sitä käytetään tukijärjestelmänä muiden operaatioiden mahdollistamiseksi. Harpyn tehokkuus perustuu pitkäkestoiseen uhkaan, jolta tehokkain suojautuminen on lähetteiden minimointi. Lisäksi aseen autonomisuus lisää sen käyttöastetta ja vapauttaa henkilöstöä muihin tehtäviin. Harpyn autonomisuus on todella korkealla tasolla, sillä se kykenee suorittamaan tehtävänsä itsenäisesti alusta loppuun (ml asevaikutus). Tosin taistelukärjen käyttö on rajattu tiukasti vain tiettyyn tutkaherätteeseen ja ihmisellä on optio tehtävän keskeyttämiseen (man-in-the-loop). Julkiset lähteet eivät kerro millä tavalla se kykenee kommunikointiin ilmatilan muiden omien järjestelmien kanssa. On perusteltua epäillä kuitenkin että laitteen autonomisuus ei siinä ole kovin korkealla tasolla, sillä se on itsensä tuhoava järjestelmä johon ei kannata sijoittaa osajärjestelmiin, joille ei ole välttämätöntä käyttöä. Jos arvioidaan USA:n ilmavoimien asteikolla asettuu Harpy noin 8 paikkeille.

22 2.5.2 MQ-9 Reaper General Atomics MQ-9 Reaper on miehittämätön ilma-alus, joka on kykenee sekä kaukoohjattuihin että itsenäisiin lentotehtäviin. Sen on kehittänyt General Atomics Aeronautical Systems pääasiassa Yhdysvaltain ilmavoimien käyttöön. Reaper kykenee sekä tiedustelu- ja valvontatehtäviin että vaikuttamiseen vihollista vastaan. Se on varustettavissa tehtäväkohtaisesti [35]. Reaperia voidaan käyttää näiden kahden päätehtävän lisäksi esimerkiksi lähitulitukeen, täsmäiskuihin, kuljetusten suojaamiseen ja kohteiden laservalaisuun muille järjestelmille [35]. Reaper on kehitysversio aiemmasta General Atomics MQ-1 Predator asejärjestelmästä ja sitä voidaan ohjata samalla maanpäällisellä järjestelmällä. Se kykenee 14 tunnin yhtäjaksoiseen toimintaan täydellä kuormalla [7]. Tehtävään valmistautuessa tavoitteena on saada järjestelmä ilmaan kahdeksassa tunnissa paikalle saapumisesta. Järjestelmän liikuttaminen paikasta toiseen tapahtuu raskailla kuljetuskoneilla ja on aikaa vievää. [22] Lentoon lähettämisen valmistelun ja järjestelmän pystyttämisen toteuttamiseen on oma tukiryhmänsä. Järjestelmän ollessa toiminnassa ja lennossa sitä ohjaa kaksi operaattoria, joista toinen vastaa lennonohjauksesta ja toinen sensorien ja asejärjestelmien käytöstä [2]. Operaattoreiden ei ole välttämätöntä olla itse taistelualueella vaan asejärjestelmää voidaan käyttää jopa toiselta mantereelta käsin. Näin on tehty esimerkiksi Afganistanin ja Irakin sodissa, kun jossain tehtävissä operoiva henkilöstö on ollut Las Vegasissa Yhdysvalloissa [33]. Joissain lähteissä sanotaan että viime aikoina kehityksen alla ollut itsenäinen lentoonlähtö- ja laskeutumiskyky olisi saatu käyttöön [45]. Kommunikointi operaattoreiden ja lennokin välillä tapahtuu satelliittiyhteyden välityksellä, NATOn taajuusalueella C (500-1000MHz) [45]. Järjestelmän sensorit tuottavat tietoa operaattoreille päätöksenteon tueksi. Lennokki on varustettavissa sensoreiden osalta tehtäväkohtaisesti. Perustana on Multi-Spectral Targeting System - niminen kokonaisuus joka sisältää seuraavat osat [35]: - Kamerat (lämpö, päivänvalo, valonvahvistin) - Laseretäisyysmittari - Laservalaisin - SAR-tutka

23 Operaattorit voivat valita käytettävän sensorin tai yhdistää useamman tuottamaa dataa olosuhteiden mukaisesti [35]. Lisäksi järjestelmää voidaan käyttää maalinosoitukseen muille asejärjestelmille. MQ-9 Reaper Yleiskuvaus Kauko-ohjattava hunter/killer asejärjestelmä Valmistaja General Atomics Aeronautical Systems, Inc Moottori Honeywell TPE331-10DG potkuriturbiini Työntövoima 900 hv (maksimi) Siipiväli 20,1 m Pituus 11m Korkeus 3,8m Paino 2223kg (tyhjäpaino) Maksimipaino 4760 kg Polttoainetilavuus 2279 l Hyötykuorma 1701 kg Nopeus 370 km/h Toimintasäde (aika) 1850 km (42h) Maksimikorkeus 15 240 m Aseistus Valittavissa tehtäväkohtaisesti Miehistö (kauko-ohjaajat) 2 (pilotti ja sensorioperaattori) Hinta 53,5 miljoonaa dollaria Operointikyky Alkaen syyskuu 2007 Taulukko 3: MQ-9 Reaper yleistiedot [35]

24 MQ-9 Reaper on asejärjestelmiensä osalta varustettavissa tehtäväkohtaisesti. Pääosa operaatioissa käytetystä aseistuksesta on ollut erilaisia täsmäaseita. Ohjuksista järjestelmään on ollut kiinnitettynä ainakin: - Laserohjattu pommi GBU-12 Paweway II, - Ajoneuvoja ja tärkeitä henkilökohteita vastaan AGM-114 Hellfire II - Ilmataisteluun AIM-9 Sidewinder - Täsmäpommi GBU-38 JDAM Koneen aseistus kiinnitetään sen alapuolella oleviin kiskoihin, joita on kuusi kappaletta. Samoihin kiinnityspisteisiin laitetaan myös mahdolliset lisäpolttoainetankit, mikä rajoittaa järjestelmän kokonaisasemäärää [45]. Kuva 5: MQ-9 Reaper aseistettuna [7] Autonomian kannalta tarkasteltuna MQ-9 Reaper on kehittynyt järjestelmä, jolla on valmiuksia toimia hyvinkin itsenäisesti (asevaikutusta lukuunottamatta). Mikäli edellämainittu itsenäinen nousu- ja laskeutumiskyky on saatu operatiiviseen käyttöön, kykenee se suorittamaan täysin itsenäisen lentotehtävän syötteen saatuaan. Kuitenkin operaattoreilla on vahva rooli järjestelmän käytössä ja sen monipuolisuus niin fyysisesti vaikuttavana elementtinä kuin tiedustelutehtävissä vaatii heidän jatkuvaa osallistumistaan toimintaan. Myöskin aseilla vaikuttaminen on rajattu pois järjestelmän omista mahdollisuuksista. Tarkasteltaessa autonomian tasoa USARFL:n luokituksen mukaan se asettuu noin tasolle 6-7 edelliset seikat huomioiden.

25 2.5.3. Perdix Perdix-lennokki on alunperin Massachusetts Institute of Technologyn opiskelijoiden kehittämä ja rakentama pienikokoinen lennokki [25]. Ne ovat autonomisia ja niitä voidaan käyttää matalalta lentokorkeudelta suoritettaviin tiedustelu- ja tarkkailu- ja muihin tehtäviin. Ne voidaan laukaista lentoon ilmasta, mereltä tai maasta ja ne kykenevät muodostamaan suuria tai pieniä parvia saamansa tehtävän toteuttamiseksi [27]. Kone otettiin jatkokehitykseen MIT:lta Yhdysvaltain Strategic Capabilities Officelle (SCO). Koneen päivitys on ollut ahkeraa ja nykyinen sukupolvi edustaa jo kuudetta kehitysversiota [25]. Konetta on testattu useaan otteeseen erityisesti parvikäyttäytymisen osalta, mutta SCO ei ole julkistanut mihin tehtäviin se lopulta pyritään saamaan käyttöön. Laitetta testattiin menestyksekkäästi lokakuussa 2016, kun kolmesta F/A-18 Super Hornet koneesta pudotettiin yhteensä 103 lennokkia. Lennokit kestävät pudotuksen liikkuvasta koneesta aina Mach 0,6 nopeuteen asti. Testin tarkoituksena oli tutkia parveilun hyödyntämää ryhmä-älyä ja kollektiivista päätöksentekokykyä [27][25][21][11] Yhdysvaltain puolustusministeriön julkaisemalla videolla kokeesta näkyy, kuinka lennokit ryhmittyvät pudotuksen jälkeen ja suorittavat niille ohjelmoituja tehtäviä hyödyntäen ryhmäälyä. Perdixiin ei ole asennettu valmiita toimintaohjeita tehtävän suorittamiseksi, vaan kaikki parven lennokit ovat toisiinsa yhteydessä ja parvi toimii parhaaksi näkemällään tavalla saamansa tehtävän toteuttamiseksi. Parven toiminta on kuitenkin ennustettavissa annettujen tehtävämäärittelyjen takia. Parvi ei myöskään toimi Master-Slave periaatteella, eli sillä ei ole johtajaa vaan jokainen lennokki on samanarvoinen yksilö parven sisällä. Tämä tekee sen myös tappionkestäväksi ja se kykenee poistamaan sekä ottamaan uusia jäseniä tehtävän aikana [27][25][21][11].

26 Kuva 6: Perdix-lennokki [21] Vaikka Perdix ei kirjaimellisesti katsoen taisteluilma-alus olekaan niin se on hyvä esimerkki siitä, kuinka tulevaisuuden sodankäynnissä koneet saattavat kyetä suorittamaan saamiaan tehtäviä täysin itsenäisesti ja hyödyntää toiminnassan joukkoälyä. Perdix-parven varustaminen taistelukelpoiseksi esimerkiksi häirintälähettimillä tai pienillä räjähteillä ei myöskään ole kovinkaan monimutkainen operaatio. Autonomian tasolla tarkasteltuna se on korkean luokan järjestelmä ja asettuu noin tasolle 8,5-9. Taulukko 4: Perdix-lennokin yleistiedot [27]

27 3. JÄRJESTELMÄN RAKENNE Taisteluilma-alus rakentuu sensoreista ja osajärjestelmistä, jotka on integroitu lavettiin. Kokonaisuus on useimmiten rakennettavissa tehtävänmukaisesti. Järjestelmien sisältämissä osajärjestelmissä on eroja ja lavetin koosta riippuen niitä voidaan sisällyttää kokonaisuuteen joko erittäin monipuolisesti tai tietyntyyppiseen tehtävään kohdennettuna. Tehtäväkohtaisella varustelulla voidaan myös minimoida taloudelliset tappiot menetettäessä järjestelmä taistelussa. 3.1. Lavetti Nykyaikainen taisteluilma-alus on rakennettu lentävän lavetin päälle. Lavetin tarkoituksena on kuljettaa tiedustelu-, tarkkailu- ja asejärjestelmät ilmateitse taistelukentälle ja mahdollistaa niiden suorituskyvyn käyttö omien joukkojen hyväksi. Lavetin koko voi olla hyvinkin pieni (kaupallinen quadrokopteri) tai miehitetyn hävittäjän kokoluokkaa (MQ-9 Reaper). Olennaista lavetin toiminnalla on sen kyky tuottaa tarvittava nostovoima muiden järjestelmien ilmaan saamiseksi ja siellä pitämiseksi. Tämä toteutetaan joko kiinteillä siivillä (UCAV) tai pyörivillä roottoreilla (UCAR). Kiinteäsiipisen miehittämättömän taisteluilma-aluksen lentokyky perustuu moottoriin, joka tuottaa lavetille tarvittavan työntövoiman sekä rungon ja siipien muotoiluun, jolla saadaan aikaan tarvittava nostovoima lavetin nostamiseksi ilmaan. Nostovoima syntyy paine-erosta, kun siiven yläpinnalle muodostuu alipaine ja siiven alapinnalle ylipaine. Siiven yläpinnalla oleva alipaine muodostaa yleensä merkittävimmän osan koko nostovoimasta. Paine ei ole tasainen siiven pinnalla, vaan se on suurimmillaan siiven etureunassa ja pienenee siirryttäessä takareunaa kohti. Nostovoiman suuruus on painejakauma kerrottuna siiven tehollisella pinta-alalla eli Nostovoiman suuruus on painejakauma kerrottuna siiven tehollisella pinta-alalla eli F = p A [24].

28 Kuva 6: Nostovoiman syntyminen [24] Mitä suurempi ylipaine siiven alapuolella vallitsee, sitä enemmän kone työntyy kohti alipainetta. Siipien kulmaa voidaan vaihtaa niin, että ne muuttavat painetta ja saavat koneen joko nousemaan korkeammalle tai laskeutumaan. Nostovoiman suuruuteen vaikuttavat monet seikat, muun muassa lentonopeus ja -korkeus, siiven ja ilmavirran välinen kohtauskulma sekä siiven koko, muoto ja puhtaus. Lentokoneen ohjaamista varten taas tarvitaan siipiin liitettyjä laippoja, lentojarruja ja siivekkeitä. Sakkaukseksi kutsutaan ilmiötä, jossa ilmavirtaus irtoaa siiven pinnalta ja osa nostovoimasta menetetään. Sakkaus lisää aina huomattavasti vastusta josta käytännössä yleensä seuraa lentonopeuden aleneminen[13]. Pääosa menetetystä nostovoimasta on seurausta tästä. Sakkauksen torjuminen edellyttää kohtauskulman pienentämistä. Sakkaus saattaa tulla äkillisenä, sillä sitä edeltää yleensä tilanne, jolloin nostovoima on ollut suurimmillaan [13]. Itsenäisesti ohjautuvien alusten kohdalla lentokyvyn suunnittelussa tulee ottaa huomioon myös nämä poikkeustilanteet ja järjestelmän ohjausyksikön kyky reagoida niihin. Korkean tason autonomiset järjestelmät, jotka kykenevät itsenäisiin lentotehtäviin tarvitsevat siis hyvin yksityiskohtaisen ohjelmoinnin tehtävän onnistumiseksi. Tarvittava työntövoima kiinteäsiipiselle lavetille saadaan sen moottorista. Toteutustapa on yleensä valittu lavetin painon ja siitä seuraavan moottorin tehontarpeen mukaan. Tärkeä ominaisuus taisteluilma-aluksen moottorille on myös vähäinen polttoaineenkulutus [3]. Pienet lavetit ovat tyypillisesti varustettu sähkö- tai polttomoottorikäyttöisellä potkurimoottorilla ja suuret potkuriturbiinilla.

29 Kuva 7: Kiineäsiipinen ja pyöriväsiipinen lavetti [48][28] Potkuri on siipipyörä, joka muuttaa lapojensa pyörivän liikkeen väliaineen nopeutta kasvattamalla työntövoimaksi. Potkurin voimanlähteenä on moottori. Potkuri luo työntövoimansa kuten lentokoneen siipi ja samalla syntyy vastusmomentti, jonka moottorin tehon tulee ylittää. Vedessä potkurin ongelmiin kuuluvat mm. kavitaatio. Ilmassa lentokonepotkureiden ongelma oli lavan kärjen suuret virtausnopeudet, joissa syntyy tiivistysaaltoja ja virtauksen irtoamista ja sitä kautta värähtelyjä. [42] Potkuriturbiini on reaktiomoottori, jonka toiminta perustuu nopeasti virtaavaan ilmaan, joka tuottaa työntövoimaa mekaniikan kolmannen peruslain mukaisesti. Suurin ero pääosin samalla toimintaperiaatteella toimivaan suihkumoottoriin on tuotettavan voiman käyttäminen pääosin ulkoisen ja moottoria suuremman potkurin pyörittämiseen työntövoiman saavuttamiseksi. Suihkumoottorissa ilma ohjataan kokonaisuudessaan moottorin sisään [23]. Kuva 8: Potkuriturbiini [12]

30 Tämän tyyppisessä moottorissa potkurin pyörivä liike työntää ilmaa turbiinille, jossa sen paine kasvaa pyörivän ahtimen pakatessa sitä ja ympäröivän tilavuuden kaventuessa. Sytytyskammiossa ilmaan sekoitetaan polttoainetta ja se syttyy jolloin sen lämpötila sekä tilavuus kasvavat voimakkaasti. Tämä energia purkautuu kohti moottorin ulostuloa, jolloin siitä otetaan talteen energiaa monipyöräisen turbiinin avulla. Energialla pyöritetään potkuria ja ahdinta ja reaktio jatkuu. Suurin osa työntövoimasta tulee potkurista, sillä pakokaasujen nopeus on suhteellisen matala turbiinien jälkeen [23][12]. Pyöriväsiipisessä ilma-aluksessa nostovoima tuotetaan yhdellä tai useammalla vaakatasossa pyörivällä roottorilla, joissa on kiinnitettynä eri määrä siiven muotoilua muistuttavia lapoja. Erona kiinteäsiipiseen lavettiin se kykenee pystysuoraan nousuun ja laskeutumiseen sekä leijumaan paikallaan. Nostovoiman tuoton fysikaalinen ilmiö on sama kummallakin tyypillä. Roottorin avulla liikkuminen perustuu lapakulmien muuttamiseen. Lienee yleisimmässä roottorisovelluksessa eli yksiroottorisessa helikopterissa ongelmaksi muodostuu roottorin pyörimistä vastaan kohdistuva voima, joka pitää kumota erillisellä pienemmällä roottorilla, joka pyörii pyrstön päässä kohtisuoraan. Ongelma saadaan eliminoitua useampiroottorisissa sovellutuksissa pyörittämällä niitä eri suuntiin, jolloin voimat kumoavat toisensa ja kiertävää vaikutusta ei synny [1]. Pyöriväsiipisiä taisteluilma-aluksia ei julkisten lähteiden mukaan ole tällä hetkellä operatiivisessa käytössä. Erilaisiin kaupallisiin lennokeihin pohjautuvat kokeilut ovat osoittaneet, että tulevaisuudessa etenkin parveiluperiaatteella toimivat aseistetut pienlennokit voivat osoittautua käyttökelpoisiksi [25]. Yhdysvaltain armeija on ollut kehittämässä miehittämätöntä taisteluhelikopteria, jolta odotettiin ensimmäistä demoesiintymistä vuoden 2017 aikana ja tulevan asteittain autonomisempana tuotantoon seuraavien vuosikymmenien aikana [6]. 3.2. Sensorit Sensorijärjestelmät perustuvat maalin herätteen, eli maalin lähettämän tai maalista heijastuvan fysikaalisen suureen vastaanottoon ja tulkintaan. Mitattava suure voi olla mekaaninen aaltoliike (seismiset ja akustiset anturit), paine, kemiallinen emissio, magneettisuus tai kohteesta tuleva sähkömagneettinen säteily. Sensorit voidaan jakaa luokkiin eri perustein, kuten: [18]s.187

31 - Millä spektrin alueella sensori toimii (RF, infrapuna, näkyvä valo, ultravioletti) - Mihin sensorilta saatavaa tietoa käytetään (valvonta, tiedustelu, maalin paikannus, maaliin hakeutuminen, varoitus) - Perustuuko toiminta sensorin itse lähettämään säteilyyn, vaiko vain vastaanottamaan säteilyyn (aktiiviset ja passiiviset sensorit) - Muodostaako sensori kohteesta tulkittavissa olevan kuvan vaiko ilmaiseeko vain kohteen olemassaolon tai sijainnin (kuvaava ja ei-kuvaava sensori) - Muodostaako sensori kuvaa muutamalla sensorielementillä pyyhkäisemällä (scanning) vaiko tuijottamalla yhtäaikaisesti koko kohdealuetta (staring) - Mille alustalle sensori on asennettu (ajoneuvo/kontti, lennokki, lentokone, satelliitti yms.) Sensorin toiminta perustuu joko maalin itsensä säteilemään tai maalista heijastuvaan säteilyyn Kaikki taistelukentän kohteet heijastavat osan niihin osuvasta säteilystä. Tämä säteily voi tulla luonnosta, kuten auringosta, kuusta tai tähtitaivaalta, tai se voi olla peräisin sensorista itsestään (aktiiviset sensorit) tai muista sotilas- tai siviilijärjestelmistä, kuten tutkista tai yleisradiolähetyksistä. [18]s.187 Taisteluilma-aluksissa sensoreiden tehtävän on tuottaa dataa, jonka perusteella tehdään päätös mahdollisesta tunnistettuun kohteeseen vaikuttamisesta. Järjestelmän autonomisuuden tasosta riippuen tuotetun datan perusteella joko järjestelmän operaattori tai järjestelmä itse suorittaa vaikuttamisen kohteeseen kun tarvittavat parametrit täyttyvät. Mikäli kyseessä on tiedustelutehtävä, voi järjestelmä raportoida vain tietyt parametrit täyttävät havainnot eteenpäin operaattoreilleen. Tässä alaluvussa käsitellään autonomisista järjestelmistä yleisesti löytyviä sensoreita, joita on asennettu myös esimerkkijärjestelminä toimiviin taisteluilma-aluksiin. Sensoreiden toiminta voidaan jakaa useaan vaiheeseen, joita kutakin varten voi sensorijärjestelmässä voi olla oma sensorinsa tai sama sensorivoi siirtyä toimintatilasta toiseen. Seuraavassa sensorit on jaettu viiteen jaksoon: [18]s.188

32 1. Maalin havaitseminen (detecting) 2. Maalin paikantaminen (location) 3. Maalin tunnistaminen (recognition) 4. Maalin yksilöinti (identification) 5. Maalin seuranta (tracking) Asejärjestelmän autonomisuuden asteen perusteella se kykenee edelle esitettyihin toimenpiteisiin joko automaattisesti tai ohjattuna. Lisäksi taisteluilma-alusten osalta voidaan kuudenneksi vaiheeksi ottaa vaikuttaminen, joka tapahtuu joko järjestelmän tai operaattorin päätöksellä. 3.2.1 Kamerat Kameroiden tehtävä taisteluilma-aluksissa on tuottaa kuvaa operaattoreille taistelukentän tarkkailemiseksi, maalien ja kohteiden tunnistamiseksi sekä vaikutuspäätösten tekemisen tueksi. Kamerat ovat passiivisia sensoreita ja niiden tuottama data perustuu kohteen itse lähettämän tai siitä heijastuneen säteilyn havainnoimiseen. Lämpökamera on lämpösäteilyn vastaanotin. Se mittaa kuvauskohteen pinnasta luonnostaan lähtevää lämpösäteilyä. Lämpökameran ilmaisin muuttaa kohteen lämpösäteilyvoimakkuuden lämpötilatiedoksi, josta lämpökuva muodostetaan digitaalisesti reaaliajassa. Lämpökameraa käytetään ensisijaisesti pintalämpötilajakaumien havainnollistamiseen. Jäähdytettyjen matriisien toimintalämpötila on noin -200 astetta celsiusta. Jäähdytys toteutetaan tavallisesti heliumkiertopumpulla. Jäähdyttämättömien matriisien pitempi vasteaika ei anna mahdollisuutta kuvata erittäin nopeita lämpöilmiöitä kuten jäähdytettyjen matriisien. [14] Ilmaisinmateriaalina käytetään samantyyppistä materiaalia, jota käytetään sähkövastusten valmistamisessa. Vanhemmissa, yhden jäähdytetyn ilmaisimen kameroissa ilmaisin on myös jäähdytettävä lähes -200 asteeseen. Lämpökameran ilmaisin on tässä tapauksessa tavallisesti alkuaineseosta, esim. HgCdTe. Tämän tyyppisissä lämpökameroissa käytetään mekaanista juovaskanneria, joka pyyhkii mittauskohteen pysty- ja vaakasuunnassa. Tänä päivänä jäähdyttämättömän matriisi-ilmaisimen kamerat ovat yleisimmin käytössä. [14]

33 Sotilaskäytössä lämpökameralla pyritään löytämään ympäristöstä infrapunapunaherätteensä perusteella poikkeavat kohteet. Tyypillisesti ihmisen ruumiinlämpö sekä erilaiset polttomoottorikäyttöiset ajoneuvot aiheuttavat lämpöjäljen, jonka perusteella on helppo erotella kameran tuottaman kuvan perusteella haluttu kohde ympäristöstään. Suojautuminen lämpökameralta perustuu yleensä suoran näköyhteyden estämiseen. Lämpölähteen erottuessa yleensä hyvinkin selvästi taustasta luonnonolosuhteissa on helpoin keino paljastumisen välttämiseen estää kameran näkyvyys kohteeseen. Mitä paksumpi kerros materiaalia havaitsijan ja kohteen väliin saadaan, sen parempi peitto. Näkyvän valon alueella toimittaessa taisteluilma-aluksessa voi olla asennettuna myös ihmissilmän havaitsemaa valoa aistiva sensori, joka tuottaa operaattorille mahdollisimman reaaliaikaista kuvaa taistelukentän tapahtumista. Sensori voi olla perinteinen videokamera, mutta useimmiten käytössä on niin kutsuttu mustavalkotelevisio, koska sitä voidaan käyttää laajemmassa valaistusskaalassa. Mustavalkotelevisio (LLTV, Low Light TeleVision) on hämäräkäyttöön optimoitu televisiovastaanotin, joka on toteutettu joko tavallisen televisioputken eteen asennetulla valonvahvistimella tai sitten erityisellä hämärätoimintaan tarkoitetulla kuvaputkella. Tällaisen kuvaputken aallonpituusalue kattaa näkyvän valon ja lähi-infrapunasäteilyn. Näkyvän valon alueella voidaan hyödyntää piipohjaista CCD-kennoa. Piin energiarakenne on sellainen, että näkyvän valon ja lähi-infrapuna-alueen (1,1μm asti) fotonit pystyvät vapauttamaan siinä elektroneja. CCD-kennossa piitä käytetään sekä mikropiirin substraattina ja sekä ilmaisinelementtinä että ilmaisinmateriaalina. Lisäksi CCD-ilmaisin on rakenteeltaan hyvin yksinkertainen. Ilmaisimessa fotonien vapauttamat elektronit varastoidaan lyhyeksi ajaksi kunkin ilmaisinpinnan alle ja varaus puretaan ilmaisimesta rivi kerrallaan siirtämällä elektronit sarjamuotoisesti elementistä toiseen ja lopulta matriisista ulos detektoripiirille, jonka jälkeen kuva muutetaan taas sarjamuotoisesta rinnakkaismuotoiseksi. Ilmaisimien toiminta perustuu kytkettyjen varausten siirtoon. [18]s.353 3.2.3. Laserlaitteet Laser on yksiväristä, koherenttia valoa, joka synnytetään stimuloidulla emissiolla. Laserlähettimet ovat joko jatkuvatoimisia tai pulssitettuja. Lasertekniikka mahdollistaa suuren, lyhytaikaisen ja tarkasti suunnatun säteilytehon lähettämisen. Laserlähettimet ovat sotilassovellutuksissa pääosin pulssitettuja ja ne perustuvat kiinteisiin materiaaleihin, esimerkkeinä NdYAG ja Erbium. Myös puolijohde- ja kaasulasereita käytetään. [47]s.148

34 Lasertekniikkaa hyödynnetään muun muassa seuraavissa sovellutuksissa: [47]s.149 - etäisyysmittaus - maalin valaisu (hakeutuvat ammukset, ohjukset) - laser-ase (sokaisu) - tietoliikenne - simulaattorit - asentomittaus (laserhyrrä) ja - lasertutka Taisteluilma-aluksissa laseria hyödynnetään yleisesti asejärjestelmien käyttöön liittyen. Laserlaitteiden avulla pyritään tuottamaan järjestelmän asejärjestelmälle mahdollisen vaikuttamisen tueksi. Etäisyyden mittauksella tietokone voi laskea tarvittavat parametrit esimerkiksi ohjuksen laukaisua varten. Maalin valaisua voidaan käyttää joko laserhakupäitä hyödyntävien ohjusten käytön yhteydessä tai sillä voidaan myös osoittaa maali täysin toiselta lavetilta ammutulle ohjukselle. Laseretäisyysmittari on laite, jolla mitataan kohteiden etäisyyksiä käyttäen apuna laservaloa. Laseretäisyysmittareita on erityyppisiä ja ne sopivat eri käyttötarkoituksiin. Tarkat etäisyysmittaukset ovat tarpeellisia esimerkiksi rakennus- ja maanmittauksessa, geodesiassa ja asejärjestelmissä. [40] Kuva 9: Laseretäisyysmittarin toimintaperiaate Yksinkertaisin tapa mitata etäisyys laserilla on lähettää laserpulssi, joka heijastuu kohteesta ja havaita heijastus. Koska valon nopeus on tunnettu vakio, voidaan pulssin lähettämisen ja heijastumisen välisestä ajasta laskea helposti kuljettu matka. Valon kulkuaikaan perustuvissa

35 laserkeilaimissa mitataan etäisyys aikana, jonka valosignaali kulkee mittalaitteesta kohteeseen ja takaisin. Koska tiedetään valosignaalin (lasersäteen) lähtökulmat (sekä vaaka- että pystysuunnassa) ja matka, voidaan laskea jokaiselle mitatulle pisteelle koordinaatit. Koordinaattien lisäksi järjestelmä tallentaa jokaiselle pisteelle myös intensiteettiarvon paluusignaalin voimakkuuden pohjalta. [46] Toinen tapa on lähettää pitkä pulssi, jonka taajuus muuttuu tasaisesti. Pulssin heijastuksen taajuus on tietysti sama kuin pulssin taajuus sen lähtiessä ja kun heijastus tulee hieman jäljessä, lähetystaajuus on ehtinyt muuttua sillä aikaa. Heijastuksen taajuuden ja sillä hetkellä lähetetyn taajuuden erosta voidaan laskea matka-aika ja siten etäisyys. [46] Kolmas tapa on kolmiomittaus, jossa pulssin lähetin ja heijastuksen vastaanotin ovat hieman eri paikoissa ja niiden välimatka tunnetaan tarkasti. Kun pulssi heijastetaan suoraan eteenpäin lähettimestä, vastaanottimen näkökulmasta se on hieman sivulla. Etäisyys voidaan laskea geometrisesti. [46] Maalinosoituslaser on sotilaallinen laite, joka osoittaa lasersäteen avulla ohjuksen, pommin tai ohjautuvan ammuksen maalin. Ase tunnistaa säteen ja hakeutuu kohteeseen automaattisesti. Maalinosoituslaite on suhteellisen heikkotehoinen laser, jota käytetään tyypillisesti lentokoneesta laukaistavan sädeohjatun aseen kohteen osoittamisessa. Ase hakeutuu lentoradallensa etsiytymällä kohteesta heijastuneeseen laservaloon, mikä mahdollistaa suuren osumistarkkuuden. Kun kohdetta valaistaan maalinosoittimella lasersäde ei ole jatkuva, vaan kohteeseen kohdistetaan koodattujen sykkeiden sarja. Ohjaava tunnistin säädetään samalle taajuudelle, jolloin se pystyy erottamaan oman ohjaussäteensä alueen muista lasersäteistä. [41] 3.2.4. Tutka ja tutkahakupää Tutka on radiotekninen mittauslaite, jonka toiminta perustuu sähkömagneettisen säteilyn suuntaamiseen ja lähettämiseen, jolloin kohteesta heijastunut sekä sironnut säteily vastaanotetaan niin, että sen perusteella voidaan määrittää kohteen suunta ja etäisyys. Pelkistettynä tutkan tehtävät ovat: [18]s.195

36 1. Ilmaista maalin olemassaolo aistimalla maalista heijastunutta säteilyä. 2. Määrittää maalin etäisyys. 3. Selvittää maalin suunta kapeakeilaisella antennilla. 4. Paikantaa maalin sijainti etäisyyden ja suunnan perusteella. 5. Arvioida maalin nopeus dopplertaajuuden avulla. Tutkat voidaan luokitella useiden eri periaatteiden mukaisesti. Sotilastutkat jaetaan: ennakkovaroitus-, valvonta-, seuranta-, tulenjohto-, kartoitus-, navigointi- ja säätutkiin sekä hakupäätutkiin. Tutkat voidaan jakaa myös lähettimen ja vastaanottimen paikan perusteella. Tällöin tutkat jaetaan mono-, bi- ja multistaattisiin sovelluksiin. [18]s.196 Kuva 10: Tutkan yksikertaistettu malli [10] Lähetin tuottaa halutun taajuisen kanta-aallon riittävällä teholla ja tarkasti moduloituna. Mikroaaltoja tuottavana osana on joko magnetroni tai puolijohdeoskillaattori ja sen tehovahvistimena kulkuaaltoputki tai klystroni. Lähettimen toimintaa ohjaa modulaattori. [31] Tuotettu signaali toimitetaan antennille, jonka tehtävänä on sekä lähettää että vastaanottaa järjestelmästä ulos lähtevät ja sinne palaavat signaalit. Tämä on toteutettu asentamalla antenniin duplekserikytkin, mikä mahdollistaa saman antennin käyttämisen kumpaankin tehtävään [31]. Tällä ratkaisulla saadaan yksinkertaistettua ja pienennettyä järjestelmän kokoa, mikä on hyödyllistä erityisesti taisteluilma-aluksissa, jotka pyritään rakentamaan yleensä pienikoisiksi.

37 Vastaanotettu signaali toimitetaan vastaanottimelle, jossa se myös prosessoidaan ja sen sisältämä informaatio käsitellään. Tutkan suorituskyky riippuu suuresti vastaanottimen ja signaaliprosessoinnin suorituskyvystä, sillä sen on oltava riittävän herkkä eikä sen oma kohina saa olla suuri [31]. Tutkan operaattorille sen tuottama informaatio esitetään näytöllä, joka visualisoi järjestelmän tuottaman informaation. Tunnetuin tutkanäyttö on PPI (Plan Position Indicator), jossa näytetään tutka keskellä antennin suuntainen akseli kiertää sen pyörimisen tahdissa[31]. Nykyisin operaattori seuraa kuvaa tietokoneen ruudulta. Taisteluilma-alusten tapauksessa riittävän korkean tason järjestelmä, joka tekee maalitunnistuksen täysin itsenäisesti, ei välttämättä tarvitse näyttöä, jolla välittää tutkakuvaa operaattorille. Tutkahakupäällä varustettu taisteluilma-alus tai sen käyttämä asejärjestelmä pyrkii hakeutumaan tutkan aiheuttamaan lähetteeseen. Järjestelmällä on tiedossa parametrit, millaista lähetettä etsitty tutka tuottaa ja saadessaan havainnon parametrit täyttävästä havainnosta se kykenee lukittumaan siihen automaattisesti. Tällä periaatteella toimii esimerkiksi Israelilainen IAI Harpy. Tutkasäteilyyn hakeutuvista ohjuksista käytetään yleensä nimitystä ARM (Anti-Radiation Missile). Ne etsivät ja lukkiutuvat tutkan pääkeilan ja mahdollisuuksien mukaan myös sivukeilan säteilyyn. Ohjuksen tuli kyetä hakeutumaan myös tutkan sivukeilaan, koska jos se ei kykene ilmaisemaan kuin pääkeilan, sen hakeutumiseen tarvitsema lähete on käytössä vain silloin kun tutkan antenni osoittaa ohjusta kohti. [18]s.400 Ohjus kykenee paikantamaan tutkasäteilyn tulosuunnan, muttei voi tietää sen etäisyyttä. Tutka voidaan paikantaa lähestymällä sitä vinosti, jolloin siihen saadaan useita suuntimia, joista ristisuuntimalla saadaan karkea paikka. Ohjus lentää suurella nopeudella, esimerkiksi 1 km/s, joten sen on saatava signaali tutkasta useita kertoja sekunnissa koko lentonsa ajan. Mikäli tutka havaitsee ohjuksen laukaisun ja lopettaa lähetyksensä, ei säteilyyn hakeutuminen onnistu. Useimmat nykyaikaiset ohjukset jatkavat muistiyksikön ja autopilotin varassa kohteen lähestymistä. [18]s.400

38 3.2.5. Valonvahvistin Valonvahvistinputkiin perustuvat pimeänäkölaitteet mahdollistavat hämärä- ja pimeätoiminnan. Ne vahvistavat pääosin näkyvän valon aallonpituuksilla kohteesta heijastuvaa säteilyä. [47]s.144. Se vahvistaa nimensä mukaisesti siihen tulevan fotonivirran moninkertaiseksi, jolloin ihmissilmä kykenee muodostamaan kuvan kohteista, joista tuleva valoteho on hyvinkin heikkoa. Valonvahvistimet toimivat yleensä näkyvän valon ja lähi-infrapunan alueella, joten niiden toiminta perustuu luonnon normaaliin taustavalaistukseen [18]s.349. On olemassa myös malleja, joihin on integroitu infrapunalähetin, jonka avulla saadaan aikaan parempi näkyvyys äärimmäisen pimeissä oloissa, kuten esimerkiksi rakennusten sisällä. Kuva 11: Valonvahvistinputken toiminta [30] Valonvahvistimissa käytettävät vahvistinputket jaetaan käytettävien materiaalien ja toimintaperiaatteen perusteella kolmeen sukupolveen: [18]s.350 1. sukupolvi: passiiviset 1- tai useampiasteiset valonvahvistinputket 2. sukupolvi: passiiviset mikrokanavalevyvahvistinputket 3. sukupolvi: passiiviset mikrokanavalevyvahvistimet Ensimmäisen sukupolven valonvahvistinputken etupinnalle muodostunut kuva siirretään fotokatodille, josta valosähköinen ilmiö irrottaa elektroneja. Elektronit kiihdytetään ja ohjataan jännite-eron avulla fosforikalvolle, missä fluoresenssi-ilmiön seurauksena muodostuu vahvistunut kuva kohteesta. Ensimmäisen sukupolven putkia käytetään usein useampiasteisina, eli niitä kytketään sarjaan. [47]s.144

39 Nykyisin käytössä olevat järjestelmät perustuvat 2. ja 3. sukupolven teknologiaan. Niissä objektiivi muodostaa kuvan fotokatodille, josta irtoaa elektroneja valosähköisen ilmiön vuoksi. Fotokatodilta irronneet elektronit kiihdytetään voimakkaalla sähkökentällä anodin läheisyydessä olevaan mikrokanavalevyyn. Mikrokanavalevy koostuu miljoonista yhteen liimatuista 8-12 μm paksuista lasilevyistä. Kun katodilta tuleva elektroni osuu putken seinämään, se irroittaa toisioelektroneja, jotka puolestaan ajautuvat sähkökentän voimasta kohti anodia ja törmätessään putken seinämään irrottavat lisää toisioelektroneja. Kolmannen sukupolven fotokatodi on noin kolme kertaa herkempi kuin toisen sukupolven katodi. [18]s.350 Valonvahvistimet sopivat taisteluilma-aluksissa kohteen tarkkailuun pimeällä ja hämärissä olosuhteissa. Etuna lämpökameraan sillä on halvempi hinta, kyky nähdä yksityiskohtia (esimerkiksi varjot) eikä sitä tarvitse erikseen jäähdyttää käyttölämpötilaan. 3.3. Taistelulataus Järjestelmän taisteluosaan kuuluvat taistelulataus tai muu hyötykuorma, sytytin sekä varmistus- ja viritysjärjestelmä. Yleisimmin käytettävät vaikutusmekanismit ovat sirpalevaikutus ja suunnattu räjähdevaikutus (ontelolataus).[47] Taistelulatauksen tarkoituksena on tuhota tai lamauttaa tunnistettu kohde. Latauksella on pääasiallisen vaikutusmekanismin lisäksi myös sekundäärisiä vaikutusmekanismeja, jotka syntyvät detonoivan räjähdysaineen vaikutuksesta. Taisteluilma-aluksissa taistelulataukset ovat useimmiten sijoitettuna tarkkuusaseisiin. Niiden päätyypit ovat inertian, GPS:n tai niiden yhdistelmän avulla hakeutuminen ennalta määrättyyn pisteeseen ja laserohjatut pommit (LGB). [4] 3.2.1. Ontelolataus Yleisesti erityisesti panssaroitujen kohteisiin vaikuttamiseen käytettävä lataus on ontelopanos. Se muodostuu kartion muotoisesta metallista valmistetusta ontelosta ja sen ympärille vuoratusta räjähdysaineesta. Ontelopanoksissa käytettävän räjähdysaineen detonaationopeus on noin 7000 9000 m/s[47]s.337. Kartiossa käytetään metallina useimmiten terästä tai kuparia. Räjähdysaine sytytetään pohjasytyttimellä kärjen koskettaessa kohteen pintaa tai heätesytyttimellä halutulla etäisyydellä. Ontelopanosta käytetään niin kertasinkojen kranaateissa, panssarintorjuntaohjuksissa, panssarivaunun ampumissa kranaateissa kuin ilmasta vaikuttavien aseiden taistelulatauksena.

40 Kuva 12: Ontelolatauksen toimintaperiaate [26] Ontelopanoksen teho perustuu Munroe-efektiin (Kuva 12), jossa suurella nopeudella detonoiva räjähdysaine muodostaa kartion metallista suurinopeuksisen suihkun. Suihkussa kartion metalli on kiinteässä muodossa. Suihku muodostuu kartion sisäpinnan hiukkasten muodostamasta suurinopeuksisesta kärkisuihkusta, jossa on noin 10-15% kartion massasta ja hitaammasta jälkisuihkusta [47]s.337. Nopeuseroista johtuen suihku venyy muodostuen pitkäksi ja ohueksi osuessaan panssariin. Pyörimisliike heikentää ontelopanoksen läpäisyä, sillä suihkun muoto rikkoutuu herkemmin jos sillä on liikettä pituusakselinsa ympäri. Tästä syystä ontelopanoksensisältävät kranaatit tai ohjukset ovat useimmiten pystövakavoituja. Metallisuihkun teho panssareita vastaan perustuu pienelle pinta-alalle kohdistuvaan erittäin suureen paineeseen. Panssarin lujuuden ollessa suihkun painetta pienempi saavutetaan läpäisyä aina suihkun riittävään hidastumiseen tai muodon hajoamiseen saakka. Suihkun pituuden venyessä liikaa se hajoaa pienempiin osiin, jotka osuvat läpäistyn materiaalin seinämiin eivätkä lisää läpäisyä pohjalla [37]. 3.2.1. Sirpalelataus Sirpalelatauksen teho perustuu räjähdysaineen detonoidessa tapahtuvaan kuoriaineen hallittuun hajoamiseen ja sen pienien kappaleiden saamaan suureen liikenopeuteen. Sirpalelatauksen räjähtäessä syntyy paine, jonka vaikutuksesta latauksen teräksinen tai valurautainen kuori sirpaloituu 0,1 0,3 millisekunnissa. Ennen halkeamistaan kuori paisuu, kunnes kyseisen ma-

41 teriaalin murtoraja ylittyy. Latauksen eri osista syntyy eri kokoisia sirpaleita riippuen kuoriaineen laadusta, lujuudesta ja paksuudesta sekä räjähdysaineen detonaationopeudesta ja räjähdysenergiasta. Luonnollisen sirpaleen massajakauma on laaja ( <0,5 - >16g). Sirpaleet ovat rosoreunaisia keskimääräinen ja sirpalekoko on verrannollinen ammuksen kaliiperiin. Sirpaloitumiseen vaikuttaa muun muassa [47]s.319: - Sirpaloituvan materiaalin laadulla - Taistelukärjen muotoilulla - Räjähdysaineen laadulla ja määrällä - Ohjatulla sirpaloitumisella ja - Esisirpaloinnilla Sirpalelatauksen hyöty verrattuna ontelolataukseen on laajempi vaikutusalue, jolloin saavutetaan suurempi vaikutus pinta-alaltaan suurempiin maaleihin. Sirpalelatausta käytettäessä on myös huomioitava latauksen räjäytyskulma, sillä syntyvä sirpaleviuhka (kuva 13) ei jakaudu kaikkiin suuntiin tasaisesti. Latauksen räjähtäessä suurin osa sirpaleista suuntautuu sivuille [47], jolloin taistelulatauksen on edullisinta olla kohteeseen nähden kohtisuorassa. Sirpaleiden pienen koon, epäsäännöllisen muodon ja nopean hidastuvuuden vuoksi niiden vaikutus panssaroituun kohteeseen on melko heikko. Kuva 13: Esimerkki sirpaleiden jakautumisesta räjähdyksessä

42 Sirpalevaikutus perustuu siihen, että syntyneet sirpaleet osuvat kohteeseen, läpäisevät mahdolliset suojarakenteet ja tunkeutuvat siihen aikaansaaden vaikutuksen. Tällaisia sirpaleita kutsutaan tehokkaiksi sirpaleiksi [47]s.320. Tyypillisesti suurin osa latauksessa muodostuvista sirpaleista eivät osu kohteeseen ja ovat näin hyödyttömiä vaikutuksen kannalta. 3.2.2. Muut vaikutusmekanismit Räjähdysaineen detonoidessa se synnyttää aina myös suuren paineen joka vaikuttaa räjähdyksen läheisyydessä. Painevaikutus johtuu energian nopeasta vapautumisesta kemiallisissa reaktioissa tai massan muuttumisesta ydinräjähdyksessä, joista on seurauksena voimakas ja äkillinen paineen nousu. Räjähdyksestä tai ammunnasta aiheutuu vapaassa tilassa ympäristöön säteittäisesti leviävä paineaalto. Siinä on nopea paineennousu hitaampi lasku lievään ja ylipainevaihetta pitkäkestoisempaan alipainevaiheeseen. [47]s.322. Paine vaikuttaa kohteeseen tuhoamalla herkkiä osia niin henkilöstöstä kuin kalustostakin. Ihmiselle räjähdyksen luoma paine aiheuttaa esimerkiksi tärykalvojen repeämisen, sinkoutumisen paineaallon suuntaisesti tai pahimmillaan vaurioita herkille sisäelimille. Laitteistoissa heikoimmillaan ovat herkät instrumentit ja sensorit, jotka hajoavat suojaamattomina suuren ylipaineen johdosta. Paineen vaikutus laskee kuitenkin erittäin nopeasti etäisyyden kasvaessa ja siltä kykenee suojautumaan tehokkaasti ilmatiiviillä tilalla. Tyypillisimmät taistelulataukset sisältävät myös räjähdysainetta niin vähän, että painevaikutukset eivät nouse merkittäviksi. Paineen merkitys on suurimmillaan räjähdyksen tapahtuessa suljetussa tilassa, sillä tällöin paine ei pääse laskemaan nopeasti ja se aiheuttaa huomattavasti suuremmat vaikutukset. Täry- eli shokki-iskuvaikutus on lyhytkestoinen kiihtyvyysrasitus, joka välittyy taistelijaan esimerkiksi panssariajoneuvon rungon välityksellä siihen osuneen ammuksen tai miinan räjähdyksen seurauksena. [47]s.326. Voimakas kiihtyvyys saattaa aiheuttaa vaurioita herkille sisäelimille tai esimerkiksi jalkapöydän luiden murtumisen niiden ollessa panssaroitua lattiaa vasten. Räjähdysaineen detonoidessa syntyy myös valoa ja lämpöä, jotka voivat johtaa poltto- ja sokaisuvaikutukseen. Räjähdyksessä syntyvän tulipallon ollessa kuitenkin pienempi kuin sirpaleiden tai paineaallon vahingollinen ulottuvuus [47]s.326, jää sen merkitys kokonaisuudessaan todella vähäiseksi. Sokaisuvaikutuksella pyritään lamauttamaan ihminen tai vahingoittamaan valoa aistivia kohdejärjestelmän sensoreita. Sekä poltto- että sokaisuvaikutusta voidaan säädellä käytettävän räjähdysaineen lisäaineilla.

43 3.2.3. Sytytin Sytytin saa taistelulatauksen toimimaan tarkoituksen edellyttämällä tavalla kohteessa, sen välittömässä läheisyydessä tai ennalta asetetun ajan kuluttua. Nämä toimintatavat edellyttävät sytyttimiltä erilaisia rakenneperiaatteita. Toimintatavan perusteella sytyttimet jaetaan isku-, aika- ja herätesytyttimiin sekä näiden yhdistelmiin eri moniherätesytyttimiin. [47]s.51. Sytyttimen oikean toiminnan avulla varmistetaan taistelulatauksen vaikutus oikeaasa paikassa suhteessa kohteeseen ja lisäksi se toimii järjestelmän turvallisuustekijänä, jolla estetään ennenaikainen räjähdys. Sytyttimet voidaan rakenteensa puolesta jakaa mekaanisiin ja sähkötoimisiin. Mekaaniset sytyttimet koostuvat yleensä rungosta, isku- ja varmistuskoneistosta sekä räjähdysvälitys- eli pyroketjusta. Lisäksi sytyttimeen kuuluu tarvittaessa hidastusjärjestelmä ja itsetuholaite. Sähkötoimisissa sytyttimissä on edellisten pääosien lisäksi yleensä energianlähde ja ohjauselektroniikka. [47]s.53. Iskusytyttimen toiminta perustuu fyysiseen kontaktiin taistelulatauksen ja kohteen välillä. Kohteeseen osuminen aiheuttaa iskurin tunkeutumisen iskunalliin ja sytyttää sen. Sytyttimessä olevat mahdolliset varmistimet ovat kytkeytyneet pois päältä ennen kohteeseen osumista joko ohjattuina tai kiihtyvyyksien ansiosta. Iskusytytin voi toimia herkkänä, jäykkänä tai hidasteisena. [47]s.60. Valittava toimintatapa määräytyy taistelulatauksen halutun räjähdyspaikan mukaiseksi. Herkkä sytytin räjähtää jo mahdollisimman kevyestä paineesta kun taas jäykkä tarvitsee enemmän painetta iskurille ennen toimintaa. Jos halutaan latauksen tunkeutuvan kohteeseen ennen räjähdystä, käytetään hidasteista iskuria. Hidastus tapahtuu tässä tapauksessa sytytysnallin jälkeen sijoitetun hidastepanoksen avulla, jonka aikaansaama viive on yleensä 0,05 0,2 sekuntia [47]s.61. Sähkötoimisessa iskusytyttimessä on iskukoneisto korvattu erillisellä laukaisulaitteella, joka sisältää virtalähteen, sähkönallin ja tarvittavat varmistimet.

44 Kuva 14: Hidasteisen iskusytyttimen toiminta herkkänä (A) ja hidasteisena (B) [47]s.61 1.Hidastuksen asetusakseli, 2.Iskunalli, 3.Räjähdysnalli ja 4.Hidastuspanos. Aikasytyttimen avulla lataus saadaan räjähtämään halutun ajan kuluttua Aikautuksen perusteella ne jakautuvat mekaanisiin-, palo- ja sähkötoimisiin aikasytyttimiin. Mekaanisessa aikautus tapahtuu jousivoimaisella kellokoneistolla, sähkötoimisessa ohjauselektroniikan toiminnanohjausosassa ja paloaikasytyttimessä se perustuu massan paloaikaan [47]s.64. Aikasytytin ei toimintaperiaatteensa puolesta sovellu käytettäväksi tutkimuksessa tarkasteltaviin järjestelmiin, sillä niiden etäisyys kohteesta vaihtelee ja ohjelmointi ennen taistelulatauksen laukaisua pitäisi tehdä aina täsmällisesti paikan suhteen. Vaikutukseen päästäänkin helpommin muilla sytytintyypeillä. Herätesyttimien tehtävänä on räjäyttää lataus halutulla korkeudella kohteen yläpuolella. Kohteen mittaustavan mukaan herätesytyttimet voidaan jakaa radiotaajuisiin ja optisiin herätesytyttimiin. [47]s.65. Radiotaajuisten herätesytyttimien toiminta perustuu tavallisesti Doppler-tutkaan. Radiolähetin lähettää radioaaltoja tietyllä taajuudella ympäristöön. Radioaallot heijastuvat kohteesta ja samalla niiden taajuus muuttuu hieman. Tajuuden muutos riippuu ammuksen liikkeestä kohteeseen nähden, jolloin vastaanotetun signaalin taajuus kasvaa kohteen lähestyessä. Lähetettyä ja vastaanotettua signaalia verrataan toisiinsa ja tiettyjen ehtojen toteutuessa sytyttimen toiminnanohjausosa antaa nallinohjauskoneistolle käskyn räjäyttää sytyttimen sähkönalli. [47]s.66. Sytyttimen toiminnan kannalta on olennaisen tärkeää että se pysyy

45 suunnattuna kohteeseen. Tähän tarvitaan ohjauskykyä ja tietokoneen suorittamaa lentoratakorjausta tarvittaessa. Optiset herätesytyttimet voivat toimia aktiivisesti tai passiivisesti. Aktiivisessa versiossa maali valaistaan ja kohteesta heijastuvaa valoa mitataan. Kohteen etäisyyden määrittämiseen käytetään tällöin kolmiomittausperiaatetta tai valon etenemisnopeutta. Mittaustavasta johtuen sytytintä on vaikea häiritä elektronisesti [47]s.67. Passiivinen optinen herätesytytin mittaa kohteen omaa tai kohteesta heijastuvaa näkyvää valoa tai infrapunasäteilyä. Sytyttimen etuna on pieni tehontarve ja paljastumistodennäköisyys. Sytytintyyppi on kuitenkin herkkä ilmassa oleville optisille häiriötekijöille. [47]s.68. Tämän kaltainen sytytin voi olla esimerkiksi ohjuksessa, joka laukaistaan taisteluilma-aluksen toimesta maanpinnalla olevan tiedustelijan laserilla osoittamaan maaliin. Herätesytyttimet ovat käyttökelpoisia erityisesti tutkaan hakeutuvissa aseissa. Kohteen tutkalähettimen tuhoaminen on tehokkainta taistelulatauksen räjähtäessä optimaalisella korkeudella vaikuttaen lähettimen antenneihin ja lähettimiin. Haluttaessa vaikuttaa liikkuvaan lavettiin (esimerkiksi panssarivaunu) on iskusytytin ja ontelopanos tehokkaampi valinta kohdistetumman vaikutuksen takia. 3.4. Tietokone Tietokone on laite, joka käsittelee numeeris-loogista tietoa ohjelmointinsa mukaisesti. Arkikielessä tietokoneella tarkoitetaan yleensä yleiskäyttöistä laitetta, joka on tarkoitettu suorittamaan monenlaisia tietojenkäsittelytehtäviä. Tietokoneen toimintaa ohjaa suoritin eli prosessori, joka tulkitsee konekielisiä käskyjä ja ohjaa niiden mukaan tietokoneen eri toimintoja. Suoritin suorittaa ohjelmaa lukemalla peräkkäisiä muistipaikkoja alueelta johon ohjelmakoodi on tallennettu, ja tulkitsemalla lukemansa bittijonot konekielisiksi käskyiksi. Käsky suorittaa yleensä jonkin yksinkertaisen alkeisoperaation, kuten luvun lukemisen muistipaikasta, kahden luvun välisen laskutoimituksen tai ohjelman suoritusosoitteen ehdollisen vaihtamisen. Käskyn suorituksen päätteeksi suorittimen sisäisissä muistipaikoissa, ns. rekistereissä sijaitsevat laskennan lopputulokset tallennetaan toisella käskyllä takaisin muistiin. [43]

46 Vaikka kaikki tietokoneet pystyvätkin periaatteessa suorittamaan samat tehtävät, jotkin ovat huomattavasti soveltuvampia joihinkin tehtäviin kuin toiset. Suorituskykyä erityyppisissä tehtävissä mitataan vertaillen niin sanotuilla benchmarking-testeillä. Riittävän suorituskyvyn lisäksi merkittäviä tekijöitä ovat muun muassa koneen vakaus, vikasietoisuus, virrankulutus, fyysinen koko, ohjelmistoyhteensopivuus sekä hankinta- ja käyttökustannukset. [43] Taisteluilma-aluksissa tietokoneen tehtävänä on koota eri sensorien välittämää informaatiota ja välittää sitä operaattoreille sekä operaattorin käskyjä sensoreille ja järjestelmille. Järjestelmän autonomisuuden tasosta riippuen se tekee myös itsenäisiä päätöksiä osajärjestelmien toiminnasta, mikäli siihen asennetut parametrit sen sallivat. Se toimii siis kokoavana osana kaikkien järjestelmän eri osajärjestelmien välillä ja linkkinä käyttäjään. Tietokoneen voidaankin katsoa olevan toinen osa, jolla laitteen autonomia rakentuu. Siihen ladataan toimintaohjeet ja rajoitteet järjestelmän eri käyttötilanteisiin ja se antaa osajärjestelmille käskyt toimeenpanna suoritteita. Toinen osa koostuu sensoreista ja osajärjestelmistä, jotka tuottavat dataa analysoitavaksi ja fyysisesti mahdollistavat esimerkiksi aseellisen vaikuttamisen viholliseen.

47 4. TAISTELUILMA-ALUSTEN KÄYTTÖ 4.1. Käyttö nykypäivänä Taisteluilma-alukset ovat nykyään yksi taistelukentän elementti, jolla pyritään vaikuttamaan vihollisen kohteisiin ja järjestelmiin sekä hankkimaan tietoa niiden toiminnasta. Niiden rooli osana taistelujärjestelmää on jatkuvasti kasvussa ja useat kehittyneet asevoimat ovat panostaneet merkittävästi omien järjestelmien kehittämiseen sekä entisten päivittämiseen. Niiden tehtäväkenttä on viime vuosikymmenen aikana laajentunut voimakkaasti ja teknologian kehittyessä ne kykenevät toimimaan yhä tehokkaammin tukevana elementtinä perinteisten taistelutapojen rinnalla. Huomionarvoista on myös kehityksen suuntautuminen käyttötarkoitukseltaan monen typpisiin erilaisiin aluksiin. Operatiiviseen käyttöön on otettu tai ollaan kehittämässä niin useaan eri tehtävätyyppiin sopivia suurikokoisia aluksia kuin täsmätehtäviin tai vaikuttamiseen pyrkiviä pieniä malleja. Muun aseteknologian kehityksestä poiketen kehitys suuntautuu sekä mahdollisimman halpaan että kallista huipputeknologiaa sisältävien ratkaisujen kehitykseen. Miehittämättömien alusten suurin vahvuus on niiden soveltuvuus usean tyyppisiin eri tehtäviin. Niiden sisältämien osajärjestelmien ja sensorien määrästä riippuen voidaan niitä hyödyntää ainakin seuraavissa tehtävätyypeissä: - tiedustelu- ja valvonta - tarkkailu - tuhoamistehtävät - paikannus - maalinosoitus - suojaaminen - lähitulituki

48 Taisteluilma-alusten hyöty on niiden luomassa uhkassa kohdealueella, jota kohteena oleva ei välttämättä edes itse tiedosta. Aluksen tyypistä riippuen uhka voi olla yhtäjaksoisesti jopa päivien mittainen (vaanivat järjestelmät) tai olla hyvinkin lyhytaikainen, mutta suunnattu tarkasti tunnistettua uhkatekijää vastaan (parveilevat järjestelmät). Aluksilla on useimmiten myös ympärivuorokautinen toimintakyky joten niiltä ei voi suojautua yöllä. Taisteluilma-alukset voidaan jakaa toimintaperiaatteen mukaan kahteen luokkaan: vaaniviin ja parveileviin. Vaanivat järjestelmät liikkuvat ilmatilassa tarkkaillen ympäristöä ja etsien mahdollista vaikuttamisen kohdetta. Ne luovat alueelle pitkäaikaisen uhan ja iskevät sopivaan maaliin sen tullessa tuhoamisalueelle. Vaaniva järjestelmät voi olla joko operaattorin ohjaamia tai kyetä itsenäiseen vaikuttamiseen tarkkaan spesifioitua kohdetta vastaan. Parveileva järjestelmä koostuu useista eri laveteista, jotka jakavat yhteisen tilannetiedon ja kykenevät keskinäiseen päätöksentekoon. Ne kykenevät sopeuttamaan toimintansa saamansa tehtävän optimaaliseksi toteuttamiseksi. Parveileva järjestelmä voi toimia joko Master-slave periaatteella, jossa yksi lavetti johtaa parvea tai parvena, jossa päätöksenteko perustuu joukkoälyyn ja yhteiseen tilannekuvaan. 4.2. SWOT-Analyysi Taisteluilma-alusten käyttö nykypäivänä ja lähitulevaisuudessa tullee yleistymään taistelukentällä. Taisteluilma-alusten nykytilan selvittämiseksi ja niiden käytön etujen ja haittojen selvittämiseksi suoritetaan tutkielmassa SWOT-analyysi, jolla pyritään selvittämään järjestelmien nykytila osana taistelua. Analyysi ei käsittele pelkästään järjestelmien tekniikkaa, vaan siinä huomioidaan myös yleisiä asioita, jotka vaikuttavat niiden käyttöön edistävästi tai rajoittavasti. Analyysillä pyritään kokoamaan tutkielman teon aikana tulleet havainnot taisteluilma-alusten ominaisuuksista, käytöstä ja kokemuksista. Jonkin elementin sijoittuminen tiettyyn kategoriaan voi olla kyseenalaista, sillä alusten ominaisuudet voivat olla hyvinkin erilaisia. Ilmaalusten ominaisuuksia pohditaan yleisesti, ei yksittäisen järjestelmän phjalta.

49 Kuva 15: SWOT-analyysi taisteluilma-aluksista 4.2.1 Vahvuudet Taisteluilma-alusten käytössä suurimmaksi vahvuudeksi nousee niiden vähentävä vaikutus omien joukkojen kokemia tappioita kohtaan. Käytettäessä miehittämättömiä järjestelmiä operaattorin henki ei ole välittömästi vaarassa ja mahdollisesti koettavat konetappiot ovat yleisesti hyväksyttävämpiä kuin ihmishenkien menetykset. Niiden hyödyntäminen vapauttaa myös henkilöstöä muihin tehtäviin, joissa tarvitaan ihmisvoimaa. Operoitaessa miehittämättömällä lavetilla siihen ei myöskään tarvitse rakentaa turvajärjestelmiä, jotka normaalista miehitetystä ilma-aluksesta löytyvät turvaamaan miehistön henkeä. Tällaisia järjestelmiä ovat esimerkiksi ohjaamo, heittoistuin, panssarointi ja hapentuotto. Tällä kyetään kohdentamaan aluksen valmistuksessa käytettäviä resursseja muihin osajärjestelmiin. Järjestelmien toimintakyky on myös hyvä. Niillä kyetään operoimaan järjestelmästä riippuen monissa eri olosuhteissa ja ympäristöissä. Ne kykenevät toimimaan myös huomattavan pitkiä